カルボニル基（カルボニルき、carbonyl group）は有機化学における置換基のひとつで、−C(=O)− と表される2価の官能基。 アルデヒド、ケトン、カルボン酸とそこから誘導されるエステルやアミド、あるいはケテンなどに存在する。結合の相手は通常 2個の原子だが、ケテンや二酸化炭素など、1個の原子のみに結合する場合もある。 ケトンのカルボニル基は特にケトン基と呼ぶこともある。また置換様式の観点を変えると、炭素鎖のメチレン(-CH2-)に対して特性基のオキソ基(=O)が置換した構造でもある。 カルボニル基の結合のひとつが水素で置換された 1価の官能基が、アルデヒド基（ホルミル基）である。 一酸化炭素が配位子として金属上に結合しているとき、カルボニルと呼ばれる。
