空气中二氧化碳的含量大约占整个空气体积的0.03%。它们来自人和动物的呼出，来自煤和各种含碳化合物的燃烧以及动植物遗体的腐烂，火山爆发的时候大量二氧化碳从地下被喷入空气中。绿色植物在日光下进行光合作用的时候，从空气中吸去不少二氧化碳。江河海洋的水中亦溶解不少二氧化碳，20℃时1升水中可溶解0.9升二氧化碳。二氧化碳溶于水后形成碳酸：CO2+H2OH2CO3碳酸是一种很不稳定的化合物，它很快又分解成二氧化碳。这样，海洋、湖泊和河流就像二氧化碳的唧筒，不断地把它吸收和释放。
人们早已认识了二氧化碳。它从许多矿泉水中冒出来；从古老的酿酒的发酵液中冲出来；在深井和山洞里聚集着；在一些沼泽地带和湖泊周边散发着。在意大利维苏里火山周围的那不勒斯城附近有一个洞，叫做狗洞。当人领着狗走进狗洞时，狗很快倒下了，人却安然无恙。
当人弯下腰去救自己的狗时，人也头晕了。这是因二氧化碳比空气重，沉积在地面上的缘故。
但是长期以来，人们不知道它是什么物质。因为它是无色、无味、无臭的气体，和空气中的其他组成气体混杂在一起。
17世纪比利时医生赫尔蒙特（J.B.VanHelmont，1579～1644）似乎知道了它和空气有所不同，在他死后的1644年出版的著述中，创造了gas（气体）一词。他在书中列出了各种气体：有风的气体，指空气；有毒的气体，指使蜡烛熄灭和聚集在狗洞里的气体；炭气体，指燃烧木炭和其他可燃物生成的气体；发酵产生的气体，指地窖中酿酒中产生的气体；硫气体，指硫磺燃烧产生的气体；野气体，指物质在容器受热分解或进行化学反应时产生的气体冲破容器，逃到空气中去的“不驯的”气体等。
直到1755年，英国医生布拉克（J.Black，1728～1799）发表焙烧碱性碳酸镁［MgCO3？Mg（OH）2］和石灰石（碳酸钙CaCO3）的实验报告，在焙烧过程中质量减轻了，产生一种气体，因为这种气体被固定在碱性碳酸镁和石灰石中，就称它为固定空气。他认识到清澈的石灰水［Ca（OH）2］能吸收固定空气，使石灰水浑浊，重又转变成石灰石。他并且发现固定空气和人们呼出的以及物质燃烧所产生的气体是同一种气体。
1767年英国外科医生麦克布赖德（D.Macbride，1726～1778）发表关于固定空气性质的论述，指出腐烂的动物体产生固定空气，并确定空气中存在固定空气，因为清澈的石灰水放置空气中会变浑浊。
拉瓦锡把纯净的炭放进氧气中燃烧后产生了固定空气，肯定了固定空气是碳和氧组成的。他试验了固定空气的水溶液显酸性，错误地称它为碳酸气。因为它不是碳酸的气态。
在确定了固定空气的化学式后，它被命名为二氧化碳。
二氧化碳虽然本身无毒，但会使人窒息致死。人们生活在含有0.03%（体积分数）二氧化碳的空气中是正常的。当空气中二氧化碳的含量达3%（体积分数）时，对人的不良影响明显起来，这时呼吸的次数增加了。这是因为随着血液中二氧化碳的增加对中枢神经系统起了刺激作用的缘故。在人们吸入含二氧化碳更浓的空气时，就会引起身体机能的严重混乱。当空气中二氧化碳的体积分数达10%时，就会使人丧失知觉，并使呼吸停止而死亡。
由于一定量的二氧化碳能引起中枢神经系统的刺激作用，因此医生们在治疗呼吸阻塞以及一些中毒症病人时，在供给病人呼吸的氧气中特地混入6%（体积分数）的二氧化碳。
二氧化碳在某些情况下也能维持和促进人们呼吸。当人们戴着防毒面具在工作或作战的时候，当人们在高空的飞机中或深水的潜水艇里的时候，虽然可以用贮存氧气的氧气瓶来供给氧气，但是携带它是沉重的，于是就要用二氧化碳本身含有的氧来提供呼吸了。这是利用过氧化钠（Na2O2）的作用，它是一种淡黄色的粉末或颗粒，是金属钠在燃烧后生成的。过氧化钠能吸收二氧化碳，并同时放出氧气：2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2↑这样，戴上装有过氧化钠的口罩就会使自己呼出的二氧化碳转变成氧气供吸进了。
二氧化碳是一种化学性质不活泼的物质，它不会和燃着物或其附近的物质发生化学作用。它比空气重，会沉罩在火焰周围，把空气和燃烧物隔离开来，因此被用来灭火。我们现在的《化学》课本中展示了两种常用灭火器：
（1）泡沫灭火器。其内部结构是筒子里悬挂着一个小瓶，瓶里和瓶外分装着两种不同的溶液。使用时将灭火器倒转过来，两种溶液充分混合，进行化学反应，产生的二氧化碳把全部溶液挤压出来，能够喷射得很高、很远。
这两种不同溶液可以有多种不同的配合。例如有硫酸（H2SO4）和小苏打（碳酸氢钠NaHCO3）的溶液：H2SO4+2NaHCO3ΔNa2SO4+2H2O+2CO2↑有明矾［硫酸钾铝K2SO4？Al2（SO4）3？24H2O］和小苏打的溶液：K2SO4？Al2（SO4）3+6NaHCO3=2Al（OH）3↓+3Na2SO4+K2SO4+6CO2↑有盐酸（HCl）和碳酸钠（Na2CO3）的溶液：2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2O+CO2↑为了使二氧化碳形成稳定的泡沫，常在溶液中添加起泡剂，如皂素等。
（2）干粉灭火器。其中的干粉主要是碳酸氢钠，它受热分解，放出二氧化碳：2NaHCO3ΔNa2CO3+H2O+CO2↑可以自制一个灭火器。在一个广口瓶里盛放大半瓶浓的碳酸氢钠溶液，另用一个小试管盛半管稀硫酸，小心把它放进瓶中，不要使两种溶液接触。在瓶口塞上带有尖嘴弯管的橡皮塞，就成了简单的灭火器。
碳酸氢钠就是我们家庭里发面做馒头时，为中和产生的酸所用的小苏打粉。蒸出来的馒头之所以松软可口，也是由于加热过程中产生大量二氧化碳的缘故。在自制灭火器中若没有硫酸，也可以用家庭里的醋代替试一试。
二氧化碳能够灭火，这也不是绝对的。把一镁条燃着，放进充满二氧化碳的烧杯中，燃烧着的镁条不仅没有熄灭，而且烧得更旺起来，只见冒出黑烟，在烧杯内壁出现黑色斑点。这是因为金属钾、镁等活泼金属和氧化合的能力比碳和氧化合的能力强，它们能夺取二氧化碳分子中的氧，把碳排挤出来，就冒出黑烟：CO2+2Mg点燃2MgO+C二氧化碳在我们生活中常常碰到，汽水里有它，啤酒里有它。这是把二氧化碳加压压进汽水和啤酒中的。它在工业中是生产纯碱（碳酸钠）、尿素、治感冒药阿司匹林等的原料。
二氧化碳在加压和降低温度时会变成无色透明的液体，甚至变成白色的固体。将温度降至31.1℃以下，压强加大到60.6×105Pa以上，二氧化碳就会变成液态，再降温，液态就变成固态了。
在美国的得克萨斯州，有一次几位地质勘探队员去勘探油矿。他们用钻探机往地下打孔，钻到很深很深的地方，突然喷出一大堆白色“雪花”。好奇的地质队员用手摸一摸，捏一捏，手指上立刻生出了水泡，甚至变黑。这个“雪花”就是固体二氧化碳。它在地层下受到强大的压强，喷出时压强突降，急剧吸热，使周围的温度下降，这样二氧化碳就由气态变成了固态。固态的二氧化碳通常在1.01×105Pa的压强下，在-78.5℃时升华，直接由固态变成气态，什么也没有留下，一点水也没有，所以把它叫做“干冰”。
把一块干冰紧紧握在手中并不感觉冷，是由于它升华产生的二氧化碳在干冰和手掌之间形成了一个隔离层，隔绝了热的传导。但是，如果用手捏一块干冰，将使皮肤冻伤，出现水泡或黑斑。
在实验室里，可仿照地下喷出“雪花”的情况制取干冰。在盛有液态二氧化碳钢筒的出口处系上一个纸圆筒，外面再套上一个布袋。打开活塞后，纸筒里就会充满雪花状的固态二氧化碳了。雪花状的固体再经压缩就成块状。
干冰可用于冷冻和保藏食品。它比普通的冰具有的优越性是明显的，温度可以降得更低，一点水也不会留下。
1945年，美国通用电气公司的一位青年技术人员谢弗（V.J.Schaefer）首先创造利用干冰人工降雨。用飞机把干冰从高空上撒出来后，空气里的水蒸气便凝结成微小的冰晶。微小的冰晶会聚集成较大的雪花，下沉后遇到地面热空气而熔化，落到地面就成为雨。1947年首先在干旱的澳大利亚地区试验成功，随后推广到世界各地。
干冰也可以用在开山筑路和采矿的爆破中。把干冰放在爆炸物的上面，它受到爆炸热的作用，瞬息变成大量的二氧化碳气体，扩大了爆炸的有效面积。
干冰不仅能保藏食品，呼风造雨，开采矿山，而且还是舞台和影幕上的置景“人员”。利用它能在很短的时间里布置出一幕白云的仙境，让“仙女”们从云层中走到人间。这是在隐蔽处放置一些干冰，浇上热水，或是送来一股蒸气。水蒸气迅速被冷凝，变成细小的水滴分散在气化了的二氧化碳中，就形成了雾，形似云。
空气中的二氧化碳让太阳的热辐射自由地射到地球上，但却强烈地阻止了地球的反射。这是因为被反射的阳光波长改变了，变成了红外线。这些红外线辐射不能透过二氧化碳气层。故此，空气中的二氧化碳对于地球来说，像是温室的玻璃罩，能形成温室效应。因此，二氧化碳对于地球起着保暖作用。有人计算，如果空气中的二氧化碳完全消失了，那么地球表面的温度将要比现在降低21℃；相反地，如果空气中二氧化碳的含量加倍后，平均温度要上升4℃。
于是，一些科学家们提出了这样的论说：从19世纪末到20世纪60年代，空气中的二氧化碳大约增加了1/10，其中一半左右是40年代以后增加的。目前，每年由工厂、汽车、飞机等排放的二氧化碳约120亿吨。因此工业愈发展，被烧掉的煤和汽油愈多，空气中二氧化碳的含量就愈大。这将使地球表面的温度愈来愈高。这样，几十年后，地球将要热到使覆盖南、北两极的冰层熔化，使海洋水位升高，造成世界性的洪水泛滥，使人类重新回到洪荒时代。另一些科学家们认为，空气中的二氧化碳每年确实在增加，但是气候一变暖，海水便会吸收大气的热量，使海水蒸发，于是云就增加。低空的云只要增加0.6%（质量分数），平均气温就要下降0.5℃。还有一些科学家说，空气中二氧化碳浓度的增加对农作物有利，生长较快，结的果实较多，从而使二氧化碳减少。众说纷纭，这引起了联合国专家们的注意。1989年11月在南美阿根廷首都布宜诺斯艾利斯召开的联合国第四次气候变化会议上，会议决议要求工业化国家在2008～2012年，将二氧化碳的排放量降到1990年的水平。
二氧化碳不仅大量而广泛地存在地球的大气、水中和地下，更存在于宇宙，特别是在金星的大气中。
金星是一颗最接近地球的、太阳系星的行星。每当夕阳西下、天色渐昏的时候，我们常常在西方的天空看到一颗光华夺目的明星，那就是它。或是在黎明的时刻，在东方看到一颗最后隐没在和煦阳光里的明星，也是它。因此，它又被叫做昏星、晨星、长庚星或启明星。
早在1761年5月26日，金星发生了凌日现象。金星恰好走到太阳和地球的中间，从地球上看，金星恰好通过太阳的圆面，当时俄罗斯科学家罗蒙诺索夫观察到这个现象，并把它记录了下来。他发现当金星经过太阳圆面，从一边走到另一边时，在接触到的地方出现一个气泡，他断定金星周围有很厚的一层空气。苏联飞船“金星”7号在金星上着陆后，测量了金星大气的成分，主要是二氧化碳，占93%～97%（体积分数），其次是氮气，占2%～3%（体积分数）。
美国宇宙飞船阿波罗15号用仪器探知，有二氧化碳从月球内部释出。