Una estrella de carbono es una estrella de tipo tardío similar a las gigantes rojas (u ocasionalmente enana roja) cuya atmósfera contiene más carbono que oxígeno (a diferencia de las estrellas «normales»).
Los dos elementos se combinan en las capas más externas de la estrella, formando monóxido de carbono, el cual consume todo el oxígeno en la atmósfera, dejando el carbono libre para formar otros compuestos de carbono, dando a la estrella una atmósfera «tiznada», y apariencia roja sobresaliente para observadores humanos.
Las características espectrales de estas estrellas son muy distintivas, y fueron reconocidas por primeras vez por su espectro por Angelo Secchi en los años 1860 —los primeros años de la espectroscopia astronómica—.
McClure[1] distingue entre estrellas de carbono clásicas, y otras no-clásicas que son menos masivas.
En esta fase la luminosidad de la estrella aumenta, y material del interior estelar (en particular carbono) asciende.