این ماده شیمیایی طبيعي از یک اتم کربن و دو اتم اکسیژن تشکیل شده است. دی‌اکسید کربن در جو زمین به عنون یک گاز کمیاب با غلظتی در حد 0.04 درصد (400 بخش در هر میلیون یا ppm) وجود دارد.
منابع طبیعی تولید این گاز شامل آتشفشان‌ها، چشمه‌های آب گرم یا آبفشان‌ها، آزاد شدن از سنگ‌های کربن‌دار با حل شدن آنها در آب و اسید است.
دی‌اکسید کربن جوی منبع اصلی کربن در چرخه حیاتی بر روی کره زمین است و غلظت آن در دوران پیش- صنعتی از اواخر دوره زمین‌شناختی پره کامبرین با فعالیت فتوسنتز جانداران و پدیده‌های زمین‌شناختی ارتباط داشت.
گیاهان، جلبک‌ها و سیانوباکتری‌ها به عنوان بخشی از چرخه کربن از انرژی نور خورشید برای فرایند فتوسنتز استفاده می‌کنند که در دی‌اکسید کربن و آب برای ساختن کربوهیدرات‌ها به کار می‌رود و اکسیژن به عنوان فراورده اضافی تولید می‌شود. از طرف دیگر گیاهان در طول فرایند تنفس سلولی دی‌اکسید کربن آزاد می‌کنند.
دی‌اکسید کربن محصول تنفس در جانداران هوازی است و در حیوانات دریایی به آب و در حیوانات خشکی‌زی به آب وارد می‌شود.
دی‌اکسید کربن همچنین بر اثر تلاشی مواد آلی و تخمیر قندها در نان و سایر مواد غذایی آزاد می‌شود. احتراق چوب، کربوهیدرات‌ها و سوخت‌های فسیلی مانند زغالسنگ، نفت و گاز طبیعی هم دی‌اکسید کربن تولید می‌کند.
دی‌اکسید کربن یک گاز گلخانه‌ای مهم هم شمرده می‌شود. سوزاندن سوخت‌های بر اساس کربن از هنگام شروع انقلاب صنعتی تاکنون به‌سرعت باعث افزایش غلظت این گاز در جو شده و پدیده گرمایش جهانی را ايجاد كرده است. این گاز همچنین یک عامل عمده اسیدی شدن آب اقیانوس‌ها است، زیرا در آب حل می‌شود و اسیدکربنیک ایجاد می‌کند.