卡爾文循環，又稱光合碳循環或暗反應，是一種類似於克雷布斯循環（Krebs cycle，或稱檸檬酸循環）的新陳代謝過程。它是一種在光合作用中碳反應的一部分，反應場所為葉綠體內的基質。卡爾文循環是高等植物光合碳同化的一種基本途徑，另外兩個途徑是C4途徑和景天科植物酸代謝途徑。
卡爾文循環可分為三個階段：羧化、還原和二磷酸核酮糖的再生。在羧化階段，一分子二氧化碳通過一種叫Rubisco的酶作用整合到一個五碳糖分子1,5-二磷酸核酮糖（RuBP）的第二位碳原子上，此過程稱為二氧化碳的固定。這一步反應的意義是，把原本並不活潑的二氧化碳分子活化，使之隨後能被還原。但這種六碳化合物極不穩定，會立刻分解為兩分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸。後者被光反應中生成的NADPH還原，此過程需要消耗ATP，產物是3-磷酸丙糖。後來經過一系列複雜的生化反應，一個碳原子將會被用於合成葡萄糖而離開循環。剩下的五個碳原子經一系列變化，最後再生成一個1,5-二磷酸核酮糖，循環重新開始。循環運行六次，生成一分子的葡萄糖。
卡爾文循環以其發現者加州大學伯克利分校教授梅爾文·卡爾文（Melvin Calvin）的名字命名。20世紀中期，卡爾文與加州大學伯克利分校同事利用在伯克利剛發現的碳14首次探明光合作用中的碳固定途徑，並於1961年獲得諾貝爾化學獎。