بدأت دورة الكربون مع ثوران البراكين التي قذفت ثاني أكسيد الكربون إلى سطح الأرض منذ مليارات السنين. كان الغلاف الجوي البدائي مؤلفاً بشكل أساسي من ثاني أكسيد الكربون. وقد حبست المحيطات والأرض والكائنات الحية هذا الغاز ما أعطى دورة الكربون أنماطاً عدة.
وتؤدي المحيطات دوراً أساسياً في هذه الدورة، إذ إن مياه الأسطح تتمتع بقدرة تخزين كبيرة. وتتغذى هذه الدورة عبر تبادل الكربون مع الجو وترسبات الأصداف التي تثبت الكربون في الأحجار الكلسية.
ويتم تبادل ذرات الكربون بشكل دائم بين الكائنات الحية عبر التنفس والتخمر. أما عملية التمثيل الضوئي فمسؤولة عن حبس ثاني أكسيد الكربون وتثبيته في الكتلة الحيوية. ويُخزّن جزء من الكربون في خزانات طبيعية، أي كل ما يمتص هذا الغاز فينسحب بذلك من الدورة.
ولقد خُزنت كمية كبيرة من الكربون في الكتلة الحيوية لمليارات السنين، وذلك في الخزانات العضوية، وفي الفحم والنفط والغاز الطبيعي.
أما الكربون الإضافي فقد يدخل هذه الدورة عبر ثوران البراكين والنيازك والأنشطة البشرية.
