Karbon dioksit önemlidir, çünkü dünyadaki yaşamın sürdürülmesi için gerekli olan bir süreç olan fotosentezde kullanılır. Karbondioksit ayrıca atmosferdeki ısının hapsolmasına yardımcı olan hayati bir sera gazıdır ve Dünya'nın karbon döngüsünde önemli bir rol oynar.
Bitkiler ve bazı mikroplar, karbondioksit kullanarak yiyecek yapmak için fotosentez adı verilen biyokimyasal bir işlem kullanır. Bu organizmalar, oksijen verirken karbonhidrat üretmek için karbon dioksit ve suyu birleştirir. Sonuç olarak karbondioksit seviyelerini azaltan fotosentetik organizmaların yükselmesi, oksijen seviyelerinin artmasına ve oksijen solunması yapan organizmaların gelişmesine neden olmuştur.
Karbondioksit, dünyanın yüzeyinden uzaya enerjinin kızılötesi ışınımla geri dönüşünü engelleyerek seranın etkisine katkıda bulunur. Sera gazları kızılötesi radyasyonu emer. Atmosferdeki karbondioksit olmasaydı, Dünya'nın iklimi daha serin olurdu.
Karbon dioksit bir iklim tamponu olarak işlev görür, çünkü karbon döngüsündeki geri bildirim küresel sıcaklıkları korumaya yardımcı olur, böylece Dünya'nın iklimi hayatı desteklemeyecek kadar sıcak veya soğuk almaz. Aktif yanardağlarda yeryüzünden sızmak, volkanik yaylar ve okyanus ortası sırtları birincil karbondioksit kaynağıdır. Bazı aşınmış karbondioksit atmosferde kalır, ancak bazıları okyanuslarda çözülür veya canlı veya çürüyen organizmalarda biyokütle olarak depolanır.
