Atmosfærens innhold av karbondioksid har vært utsatt for store svingninger i løpet av historien, noe som har hatt ulike biologiske, kjemiske og fysiske årsaker. For 500 millioner år siden var karbondioksidkonsentrasjonen omtrent 20 ganger høyere enn dagens nivå. Verdien sank jevnt og var i jura om lag fire til fem ganger sin nåværende verdi. Siden da har verdien falt videre. I alle fall de siste 800 000 år har andelen alltid vært under 300 ppm. Konsentrasjon av karbondioksid i den siste 10 000 år har holdt seg relativt stabilt på 300 ppm. Balansen i karbonkretsløpet har dermed vært i likevekt over dette tidsrommet. Fra begynnelsen av den industrielle revolusjon på 1800-tallet har karbondioksidinnholdet i atmosfæren økt. Den nåværende konsentrasjonen er trolig den høyeste på flere hundre tusen år.