Niemal wszystkie organizmy zależą od węglowodanów pochodzących przeważnie z fotosyntezy jako głównego źródła energii i związków węgla.

pochłania i emituje promieniowanie podczerwone w zakresach, w których jest ono przepuszczane przez inne gazy atmosfery, w związku z czym jest gazem cieplarnianym – znacząco wpływa na temperaturę powierzchni Ziemi (efekt cieplarniany).

Około 4 mld lat temu był jednym z głównych składników atmosfery tworzącej się Ziemi i utrzymywał się w znacznych ilościach aż do związania węgla przez organizmy fotosyntezujące. W kolejnych okresach historii Ziemi stężenie w jej atmosferze zmieniało się w szerokich granicach, osiągając 4000 ppm (10 razy więcej niż obecne) w okresie kambryjskim około 500 milionów lat temu, a spadając do 180 ppm podczas zlodowacenia plejstocenu około dwa miliony lat temu.

Przez dłuższy czas od początku neogenu stężenie wahało się wokół 280 ppm. W związku z antropopresją stężenie w atmosferze wzrosło o ponad 45%, z poziomu 280 ppm utrzymującego się w ciągu 10 000 lat aż do połowy XVIII wieku do 415 ppm w maju 2019 r. Obecne stężenie jest najwyższe od 14 milionów lat, wzrost ten przypisuje się działalności człowieka, w szczególności wylesianiu i spalaniu paliw kopalnych.