Sao cacbon thường là một ngôi sao thuộc dãy cận khổng lồ, một ngôi sao khổng lồ đỏ sáng, có bầu khí quyển chứa nhiều cacbon hơn oxy; hai nguyên tố này kết hợp với nhau ở những tầng phía trên của ngôi sao, hình thành Cacbon monoxit, thứ tiêu thụ tất cả oxy trong bầu khí quyển, để lại nguyên tử cacbon tự do hình thành nên các hợp chất cacbon khác, khiến ngôi sao có một bầu khí quyển "bồ hóng" và có vẻ ngoài màu đỏ ruby đầy nổi bật. Cũng có một số sao cacbon lùn và siêu khổng lồ, trong đó những sao khổng lồ thường thấy hơn đôi lúc được gọi là sao cacbon cổ điển để phân biệt.Ở hầu hết các ngôi sao (ví dụ như Mặt Trời), bầu khí quyển thì giàu oxy hơn cacbon. Các ngôi sao thông thường không thể hiện các đặc tính của sao cacbon nhưng đủ nguội để tạo thành cacbon monoxit thì do đó được gọi là sao giàu oxy.Sao cacbon có các đặc điểm quang phổ khá là đặc biệt, và chúng đầu tiên được nhận ra nhờ phổ của chúng bởi Angelo Secchi vào những năm 1860, một khoảng thời gian tiên phong trong lĩnh vực phổ học thiên văn.