Als Kohlenstoffsenke (auch Kohlenstoffdioxidsenke oder CO2-Senke) wird in den Geowissenschaften ein Reservoir bezeichnet, das zeitweilig oder dauerhaft Kohlenstoff aufnimmt und speichert. Der Begriff ist nicht mit dem des Kohlenstoffspeichers zu verwechseln. Während der Speicher statisch ist, also eine gewisse Menge an CO2 binden kann, sind die Senken dynamisch, sie sind also Speicher, die an Zuwachs gewinnen (z. B. neubegründete Wälder). Kohlenstoffsenken sind aktuell aufgrund der globalen Erwärmung bedeutsam, weil sie das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Atmosphäre aufnehmen und damit der Erderwärmung entgegenwirken.
En kolsänka eller en CO2-sänka är en växande kolreservoar och är motsatsen till en kolkälla. De huvudsakliga kolsänkorna är världshaven och växande vegetation. Båda urlakar kol från atmosfären genom att biomassan använder kol vid sin uppbyggnad så som plankton och träd. Uttrycket har blivit känt mest beroende på Kyoto-protokollet.