常温常圧では無色、無臭の気体で、水に溶けて炭酸となり弱い酸性を示す。石炭、石油、天然ガス、木材など炭素分を含む燃料を燃やすことにより発生する。
地球大気中での濃度は微量であるが、温室効果を持ち、地球の平均気温を15℃前後に保っている。
大気中濃度は産業革命以前280ppm程度であったが、産業革命以降、化石燃料の燃焼、吸収源である森林の減少などによって、年々増加し、今日では400ppm近くにまで上昇している。地球温暖化の最大の原因物質として問題になっている。
