石炭纪（Carboniferous ）， 显生宙 古生代 第五个纪，晚古生代第二纪，以 牙形石 Siphonodella sulcata (槽管刺)首次出现作为开始标志，开始于距今3.5亿年，延续了约6500万年，设立两亚系七阶，应建立7枚“ 金钉子 ”，目前已建立3枚。石炭纪底界划分来自于 同位素 测年为358.9±0.4Ma的石炭纪底界—— 杜内阶 底界“金钉子”；顶界划分来自于同位素测年为298.9 ±0.15Ma的 二叠纪 底界——阿瑟尔阶底界“金钉子”。
石炭纪是一个全球板块构造活跃的时期，也是地质历史上重要的成煤期。石炭纪时陆地面积不断增加，古地理的面貌有着极大的变化。当时气候温暖、湿润，沼泽遍布，大陆上出现了大规模的森林，给煤的形成创造了有利条件。活跃的板块构造使南方的 冈瓦纳大陆 （Gondwana land）和北方的 劳俄大陆 （Laurussia）发生碰撞开始聚合，形成了诸如 阿巴拉契亚山脉 等一系列造山带，部分地区地势抬升并改变了全球的洋流环境，导致石炭纪最终从早期的温室气候变为冰室气候。石炭纪的陆生生物飞跃发展，海生生物得到更新发展，石炭纪的生物种类早期与晚期发展呈现出不同的时期特点，石炭纪早期的生物种类从泥盆纪大灭绝后得到恢复与发展，无脊椎动物以 䗴[tíng] 类、牙形刺、 有孔虫 、 杆菊石 、 珊瑚 、 腕足类 动物、 苔藓虫 、棘皮动物、放射虫为主的海洋生物得到繁衍发展，脊椎动物中鱼类化石减少， 两栖类 得到发展演化并摆脱水的依赖形成新的 爬行纲 。早石炭世的植物种类与晚泥盆纪相似，多以蕨类植物为主，植物地理分区不明显，古蕨类植物延续生长，但只能适应于滨海低地的环境。晚石炭世植物以高大的石松植物为特征，有节类、真蕨类和种子蕨类得到迅速发展，还有高大的裸子植物Cordaites( 科达树 ）是构成造煤的重要原料，而且受古地理和古气候分异的影响，植物开始呈现出明显的地理分区。
定名
由于这一时期形成的 地层 中含有丰富的煤炭，因而得名“石炭纪”。石炭纪英文（Carboniferous ）来源于拉丁语“carbo”（木炭）和“ferronus”（铁），或意大利语“Carbonarium”（木炭生产者）。1807年、1811年 英国 地质学家 John Farey Sr （老约翰·法雷）首次提出“煤韵律层”一词，1822年，英国 地质学 家 William Daniel Conybeare （威廉·科尼比尔）和 William Phillips （威廉·菲利普斯）发布了《英格兰和威尔士的地质报告》一书，该书中首次将石炭纪称为Carboniferous。
时期划分
国际地层年代表
2003年国际地质大会最终投票确立石炭系两亚系六统七阶的划分方案，两亚系自下而上分别为 密西西比 亚系 、 宾夕法尼亚亚系 ，其中的统并没有采用特定名称，其 地层 系统自下而上为密西西比亚系（下统 杜内阶 、 中统 维宪阶 、上统 谢尔普霍夫 阶）、宾夕法尼亚亚系（下统 巴什基尔 阶 、中统 莫斯科 阶、上统 卡西莫夫阶 、上统 格舍尔阶 ）。截止至2023年4月，石炭纪已设立3枚金钉子。
中国地层表
中国地质调查局 和全国地层 委员会组织 实施下，经原国土资源部批准（国土资[2014]374号）出版发行了《 中国地层表 (2014)》，《中国地层表》《中国地层指南及中国地层指南说明书》是中国地质行业标准规范重要内容之一，在参考国际 地层学 研究的基础上编制了中国地区的地层年代表，该地层表将石炭纪地层系统设立为两统七阶。
地史特征
全球构造
石炭纪的全球构造是 泥盆纪 的继续和发展，同时石炭纪又是一个全球板块构造活动强烈的阶段，海西构造运动（Hercynian orogeny）将南方的冈瓦纳大陆与北方的劳俄大陆靠拢并发生碰撞，在西欧和北美交接地段形成了莱茵-海西期 地体 和 阿巴拉契亚山脉 ，原本位于冈瓦纳大陆和劳俄大陆中间的连接 泛大洋 和 古特提斯洋 的瑞克洋（Rheic Ocean）消失成为陆地。随着地势抬升，陆地面积增加，许多原本在泥盆纪时期为海洋环境的地区变成了动荡的浅海和过渡相环境。由 土耳其 、 伊朗 、 阿富汗 、 西藏自治区 、 印度 和 马来西亚 组成的 微大陆 西梅 里亚（ Cimmeria）与 华北地区 板块、华南板块继续远离冈瓦纳大陆向北移动与 西伯利亚地区 板块靠近，最终在三叠纪晚期与西伯利亚板块碰撞。
地层及地理特征
石炭纪地层显示出明显的双分性，下部地层主要以 海相沉积 为主，代表着石炭纪早期的广泛 海侵 ，上部地层以海陆交互相沉积为主，含丰富的 煤层 ，以 俄罗斯 地台 、南乌拉尔、 西班牙 北部、 华南地区 的地层发育完整，是全球石炭纪年代地层研究的理想区域。生物地层方面，石炭纪的生物快速发展，以 牙形石 、 有孔虫 、 菊石亚纲 、 四射珊瑚 、 腕足动物门 、 苔藓虫 、 棘皮动物 、 放射虫 为主的海洋生物繁盛，其有孔虫与牙形刺的演化成为地层划分和对比的重要标志化石，由于石炭纪地理分区特点的显著性，造成生物地层的全球对比相对滞后，“金钉子”系统并不完善。
矿产资源
石炭纪的矿产以沉积型矿产为主，以煤、铁、石油、 铝矾土 为主， 石膏 、盐类也是石炭纪的常见矿产种类。
煤
石炭纪、 二叠纪 是世界上最重要的成煤时期， 热带 潮湿的气候形成大量的森林地区，它们分布的地方往往形成大型煤田，据统计，石炭纪形成的煤炭储量约占全世界总储量的50%以上，其 煤层 特点有着煤层厚、质量好、规模大的特点。目前世界各国开采的主要煤田都属于石炭纪时期产生的，分布广，如西欧的鲁尔煤田、萨尔煤田、 苏联 的 顿涅茨煤田 、美国阿帕拉契亚近海煤田、中国 山西省 煤矿、中国 贵州省 六盘水市 煤矿、中国 陕西省 渭北煤矿等。
铁矿
海侵 超覆及其对古风化壳改造有关的沉积矿产，主要以 赤铁矿 和 菱铁矿 为主，如 中国 的山西式铁矿。
锰矿
沉积型矿产，一般呈层状、脉状分布， 菱 锰矿 、 锰方解石 为主，中国 广西壮族自治区 的 锰矿 大多形成于下石炭统。
铝土矿
海侵超覆及其对古风化壳改造有关的沉积矿产， 广泛分布于世界各地的煤系中，多形成于海侵时期超覆在陆地 地层 的剥蚀面上，沿海岸线分布，中国黔中—渝南一线的 铝土矿 大多形成于石炭纪。
石膏及盐类
蒸发岩 类矿产，产出时代以早石炭世为主，受 海侵 活动影响形成 泻湖 、闭盆、 海湾 环境，如中国 湖南省 双峰县 梓门桥石膏矿床形成于早石炭世。
气候环境
石炭纪的气候是一个逐渐变冷的时期，早期的气候较为湿润，仅南方大陆的 阿根廷 、 玻利维亚 等地有 冰川 活动，气候分带不明显。随着陆地系统的扩大， 陆生植物 大量发展，森林系统的建立通过 光合作用 消耗了大量的 二氧化碳 ，使得大气中的含氧量急剧上升，接近地质历史的峰值。石炭纪晚期，随着 冰室效应 的增加，气候急剧变冷，气候开始从湿润气候向干旱气候转换， 雨林 系统崩溃，活跃的 地壳运动 形成了许多高大山系，阻断了全球的环流系统，导致气候分带日益明显。根据石炭纪的珊瑚礁分布，可以推断石炭纪的南极位于 冈瓦纳古大陆 南极洲 地台 上，北极地区位于 西伯利亚地区 ，早石炭纪的赤道带穿过北美洲中部、西北欧经 黑海 穿过 西北 、华南到达 印度尼西亚 和澳洲东部。在南方冈瓦纳大陆南部地区发育了大规模的 冰川 覆盖，北方高纬度地区以滨海环境为主，并未发现大规模的冰川覆盖。从 地层 分布特点看，随着气候和地势差异的不断扩大，石炭世晚期形成了 寒带 、 热带 — 亚热带 、 温带 三种气候类型和相应的植物、动物地理分区。
生命发展
无脊椎动物
石炭纪的海生无脊椎动物与 泥盆纪 相比显著不同，主要是䗴类的兴起和 牙形刺 的辐射发展，成为地层划分和对比的依据。石炭纪时期以珊瑚、 腕足动物门 生物为主， 三叶虫 衰退剩少数几属， 笔石 灭绝。海生无脊椎动物以冷、暖水型动物群种划分为3个生物地理区，分别是欧亚区、北美区和东 澳大利亚 区，分别对应着热带、亚热带和温带的气候特征。
脊椎动物
石炭纪— 二叠纪 是 两栖动物 发展的时代，石炭纪形成数量众多的森林 沼泽 为两栖类的发展提供了良好的环境，陆地的不断抬升，气候的变化使得石炭纪晚期出现了原始的 爬行纲 （林蜥）， 动物界 进一步摆脱了对水体的依赖。
植物类
石炭纪的植物以 石松门 、有节类、 真蕨纲 、种子蕨类和 科达树 类为主。早石炭世的植物群与泥盆世植物群比较接近，以一些原始的蕨类为主，如 古芦木 （ Archaeocalamites ）、针 羊齿 （ Rhodea ）等，只能适应单一的滨海低地环境，植物形态和结构无明显差异，地理分区不明显。中、晚石炭世植物开始繁荣，盛产高大的石松类植物，有节类、真蕨类和种子蕨类得到迅速发展，常见的品种有 鳞木属 （ Lepidodendron ）、 轮叶 （Annularia）、 芦木 （Calamiies）、 脉 羊齿 （Neuropleris）、网羊齿（Linopleris）、 科达树 （ Cordaites ）。受古地理和古气候分异的影响，出现了明显的植物地理分区，以古 赤道 为界，将植物群划分为南方植物群和北方植物群。位于 冈瓦纳古大陆 上的植物群被称为南方植物群，也叫作 冈瓦纳植物群 ，南方植物群位于 热带植物 区以南的广大地区，包括 南非 、南美、 澳洲 和 印度 等地，以灌木、 草本植物 为主。以 舌羊齿 分布最广，又称为舌羊齿植物群，属种单调，反映了南方大陆温凉的气候特点。位于劳俄大陆上的植物群被称为北方植物群，根据其地理位置特点又可将其分为3个植物区，分别是安加拉 温带 植物区(又称 通古斯 植物群)、欧美 热带植物 区、 华夏 热带植物区。