炭素循環（たんそじゅんかん、英: carbon cycle）とは、地球上の生物圏、岩石圏、水圏、大気圏の間で炭素が交換される生物地球化学的な循環のこと。炭素循環は、一般に上の4つの保管庫（リザーバー）、具体的には大気、陸域生物圏（陸水系は普通ここに含まれる）、海洋、堆積物（化石燃料を含む）と、その間を相互に移動する経路で成り立っている。年間の炭素の移動は、リザーバー間で起こる様々な化学的、物理学的、地質学的、生物学的なプロセスを経て行われる。地球表層付近での最も大きな炭素の保管場所は海洋である。 全球の炭素収支は炭素リザーバーの間、もしくは特定の循環（特に大気 - 海洋間）での炭素交換のバランス（吸収と放出）で示される。炭素収支を吟味することで、リザーバーが二酸化炭素の吸収源となっているのか発生源となっているのかを判断することができる。