Perioada Carboniferă (care înseamnă „purtător de carbon”) este o perioadă de timp geologică care a durat aproximativ 60 de milioane de ani, între perioada Devoniană de acum 340 de milioane de ani (mya) și perioada Permian 280 mya.
În perioada Carboniferului, mlaștinile și pădurile au înflorit, producând un exces de oxigen atmosferic cu până la 80% mai mare decât nivelul actual și cantități masive de materie organică în descompunere. Această materie organică s-a transformat în cele din urmă în cărbune după milioane de ani de presiune din sol și roca de deasupra ei și este responsabilă pentru existența unor zăcăminte mari de cărbune în Anglia și Europa de Vest. Aceste paturi de cărbune, originare din perioada Carboniferului, au alimentat prima revoluție industrială și continuă să fie extrase pentru cărbune și astăzi.
Perioada carboniferă a fost când s-a format faimosul supercontinent Pangea, în jurul anilor 300-345 mya. S-a format atunci când mai multe continente mai mici s-au împins unul în celălalt, dând naștere la Apalași, Munții Atlas și Urali. Pangea era atât de mare încât centrul ei era foarte uscat, dar zonele de coastă au înflorit cu floră și faună mare și exotică. În perioada carboniferului, animalele au fost posibile să migreze tot drumul de la Polul Nord la Polul Sud. Surplusul de oxigen din cauza creșterii excesive a florilor a dus la gigantism la anumiți amfibieni și insecte, inclusiv cea mai mare insectă care a evoluat vreodată, un strămoș al libelulei, cu o anvergură a aripilor de 73 cm (29 inci). Brahiopodele au fost comune în perioada carboniferului, iar speciile antice, cum ar fi trilobitele, au început să se stingă.
Depozitele carbonice mari produse în perioada carboniferului s-au datorat a doi factori principali: evoluția scoarței de pe copaci sub forma ligninei polimerice organice; și niveluri mai scăzute ale mării, permițând pădurilor și mlaștinilor să crească pe zonele joase care anterior ar fi fost inundate. Lignina a reprezentat un avantaj evolutiv decisiv pentru mulți copaci, protejându-i de lumea exterioară și făcându-i mai puțin digerabili pentru animale. A fost nevoie de multe milioane de ani pentru ca bacteriile și animalele să evolueze care ar putea digera eficient lignina, provocând acumulări mari de material organic pe sol, uneori de peste 2 m (6.5 ft) înălțime. Lignina încă reprezintă un sfert până la jumătate din lemn atunci când este uscată. Se formează în interiorul plantei prin îndepărtarea apei din anumite zaharuri.
Perioada carboniferă poate fi împărțită într-o serie de subperioade mai scurte, fiecare cu o durată de aproximativ 10 milioane de ani: perioadele Tournaisian, Viséan, Serpuhovian, Bashkirian, Moscovian, Kasimovian și Gzhelian.