二酸化炭素(Carbon dioxide, CO₂)は炭素の酸化物で最も代表的なものの一つである。常温、常圧で気体であり、大気中におよそ0.03％ほど含まれる。その固体には昇華性があり、ドライアイスと言う。

燃焼による主要な生成物の一つであり、生物の代謝活動によっても生じる(例：呼吸)。また多くの植物は、水とこの二酸化炭素を使って光合成を行う。水に溶けた状態では炭酸といい、微酸性を示す。
この二酸化炭素を水に過剰に溶かしたものが、いわゆる炭酸水である。また消火剤としても広く用いられている。

20世紀後半となってから、主に化石燃料の大量消費を起因とする二酸化炭素が温暖化の最大の原因と推定されている。(←温室効果、温室効果ガス)

気体としての二酸化炭素は、炭酸ガスとも呼ばれる。