Сполуки вуглецю є основою всіх рослинних і тваринних організмів. Забезпечуючи життя, Карбон здійснює в природі постійний кругообіг, який називають вуглецевим циклом. У складі вуглекислого газу Карбон присутній в атмосфері Землі, а також у розчиненому вигляді у воді. Живі організми засвоюють його з атмосфери чи води завдяки процесу, який має назву фіксація Карбону. Інші організми, нездатні засвоювати Карбон безпосередньо, отримують його через харчові ланцюжки. Карбон частково повертається в атмосферу у вигляді вуглекислого газу як продукт дихання або горіння, однак частина Карбону йде на утворення метану й карбонатів, наприклад карбонату кальцію. Залишки загиблих організмів входять зрештою до осадових порід, кам'яного вугілля, нафти, природного газу. Карбон повертається в атмосферу в процесі довготривалого геологічного колообігу як наслідок дегазації порід, вулканічній діяльності тощо. Частково збільшення концентрації вуглекислого газу в атмосфері Землі зумовлене діяльністю людини - використанням викопного палива для отримання енергії.
Значну частину необхідної організмам енергії утвориться в клітках за рахунок окислення карбону.
Унікальна роль карбону в живій природі зумовлена його властивостями, якими в сукупності не володіє жоден інший елемент періодичної системи. Між атомами карбону, а також між карбоном і іншими елементами утворяться міцні хімічні зв'язки, які, однак, можуть бути розірвані в порівняно м'яких фізіологічних умовах (ці зв'язки можуть бути одинарними, подвійними і потрійними). Здатність карбону утворювати 4 рівнозначні валентні зв'язки з іншими атомами. Карбон створює можливість для побудови вуглецевих скелетів різних типів - лінійних, розгалужених, циклічних. Показово, що усього три елементи - С, О, Н - становлять 98 % загальної маси живих організмів. Цим досягається певна економічність в живій природі: при практично безмежній структурній різноманітності карбонних сполук невелике число типів хімічних зв'язків дозволяє на багато скоротити кількість ферментів, необхідних для розщеплення і синтезу органічних речовин. Особливості будови атома карбону лежить в основі різних видів ізомерії органічних сполук (здатність до оптичної ізомерії виявилася такою, що вирішує в біохімічній еволюції амінокислот, вуглеводів і деяких алкалоїдів).
Згідно з гіпотезою А. І. Опаріна, перші органічні сполуки на Землі мали абіогенне походження. Джерелами карбону служили (СН 4)і ціанистий гідроген (HCN), що містилися в первинній атмосфері Землі. З виникненням життя єдиним джерелом неорганічного карбону, за рахунок якого утвориться вся органічна речовина біосфери, є карбону двоокис (СО 2), що знаходиться в атмосфері, а також розчинений в природних водах у вигляді НСО 3 . Найбільш могутній механізм засвоєння (асиміляція) карбону (в формі СО 2) - фотосинтез - здійснюється повсюдно зеленими рослинами. На Землі існує і еволюційне більш древній спосіб засвоєння СО 2 шляхом хемосинтезу; в цьому випадку мікроорганізми - хемосинтетики використовують не променисту енергію Сонця, а енергію окислення неорганічних сполук. Більшість тварин споживають карбон з їжею у вигляді вже готових органічних сполук. У залежності від способу засвоєння органічних сполук прийнято розрізнювати автотрофні організми і гетеротрофні організми. Застосування для біосинтез білка і інших поживних речовин мікроорганізмів, що використовують як єдине джерело карбону, вуглеводороди нафти, - одна з важливих сучасних науково - технічних проблем.