Grupa karbonylowa to grupa funkcyjna, w której atom tlenu połączony jest z atomem węgla podwójnym wiązaniem
Grupa karbonylowa jest pod względem geometrycznym podobna do podwójnego wiązania C=C. Wokół atomu C o hybrydyzacji sp2 rozmieszczone są 3 podstawniki. Ułożone są one w jednej płaszczyźnie, a kąt pomiędzy nimi przyjmuje wartość zbliżoną do 120o.
Wiązanie C=O jest krótsze niż C=C (1,22 Å i 1,43Å) i znacznie silniejsze, co nie oznacza mniej reaktywne. Wiązanie karbonylowe jest mocniej spolaryzowane, co rzutuje na wysoką reaktywność. Na atomie tlenu gromadzi się duży cząsteczkowy ładunek ujemny, a na karbonylowym atomie węgla cząsteczkowy ładunek dodatni.
Karbonylowy atom węgla o hybrydyzacji sp2 tworzy 3 wiązania typu σ i jedno π
Grupa karbonylowa jest grupą funkcyjną dwóch ważnych związków: aldehydów i ketonów.
