Período denominado así por Conybeare, 1822, debido a la extensa aparición de carbono, en forma de carbón, en sus estratos. Se extiende desde 345 a 280 millones de años, con una duración de 65 millones de años. El Carbonífero comprende dos subsistemas: el Misisipiense (Carbonífero Inferior) y el Pensilvaniense (Carbonífero Superior). Esta división se establece en el límite de 325 millones de años, aproximadamente. El límite interior del Carbonífero es el horizonte en el cual las faunas Devónicas son reemplazadas por una fauna de Braquiopodos Productidos y corales (Coelenterata); en términos de zonas de Goniatites, el límite se sitúa entre la zona de Clymenia, del Devónico, y la zona de Wacklumeria, del Carbonífero. El límite superior, en la mayor parte de Inglaterra y Europa, se encuentra entre la facies de lechos rojos continentales y es difícil de interpretar; donde aparece una serie marina (como en Rusia y Norteamérica), la entrada del foraminífero Pseudoschwagerina marca el comienzo del Pérmico.

En el Carbonífero Inferior, los sedimentos marinos predominan en Gran Bretaña y, hablando en general, se pueden reconocer dos provincias faunísticas. La facies típica del Carbonífero Inferior consiste en una caliza orgánica detrítica, frecuentemente con desarrollo de arrecifes coralinos, con abundantes crinoideos (Echinodermata) y braquiópodos. El segundo medio está formado por pizarras negras que contienen una fauna reducida de braquiópodos, junto con Polyzoa y localmente abundantes trilobites (Arthropoda). Estas pizarras negras también contienen frecuentes goniatites (Mollusca), especialmente en la parte superior de la serie.

El Carbonífero Superior difiere del inferior en que está representado, en toda Gran Bretaña, por sedimentos de agua dulce o lacustres, conteniendo sólo ocasionalmente niveles marinos. La fauna consiste principalmente en Lamelibranquios de agua dulce (Mollusca), peces y raros anfibios. La flora del Carbonífero Superior es muy característica, está constituida principalmente de las clases más primitivas de plantas vasculares, tales como las licopodiáceas y las equisetáceas. Estas tenían con frecuencia una altura de 15-20 m. (45-60 pies), y contribuyeron en gran manera a la formación de las capas de carbón. No debe, sin embargo, considerarse que estas formas eran sólo corrientes en el Carbonífero Superior, pues algunas capas de carbón encontradas en el Carbonífero Inferior indican que estas plantas ya habían florecido.

El Carbonífero es quizá económicamente el sistema más importante, pues contiene el mayor volumen de las reservas de carbón del mundo, junto con importantes depósitos de mineral de hierro, pizarras bituminosas, petróleo y arcilla refractaria.

El período presenta señales de extenso vulcanismo y de intrusiones ígneas menores. El final del mismo marca el comienzo de la Orogenia varisca. Hacia el final, llegó a establecerse una amplia glaciación en el hemisferio Austral, cerca del actual Ecuador ([[Deriva de los continentes]]; [[Gondwana]]). En la división Europea, el Misisipiense equivale aproximadamente al Dinantiense y el Pensilvaniense al conjunto Namuriense + Westfaliense + Estefaniense.