Un vélo en carbone est un vélo dont le cadre et éventuellement d'autres composants sont en fibre de carbone. Les fibres de carbone sont des matériaux extrêmement légers mais robustes créés par le traitement des fibres de carbone.

Le cadre d'un vélo en carbone est fabriqué en disposant et en tissant ces fibres de carbone selon un motif spécifique et en utilisant des résines ou des adhésifs pour obtenir une résistance et une rigidité élevées. Les cadres en carbone offrent une excellente rigidité tout en conservant un faible poids, ce qui contribue à rendre les vélos en carbone souvent très puissants et réactifs.

L'utilisation du carbone comme matériau de construction permet aux fabricants de développer des cadres de vélo avec différentes propriétés, comme des cadres à haute rigidité pour les vélos de course , des formes aérodynamiques pour les vélos de contre-la-montre ou encore des cadres avec certaines propriétés de flexion pour le confort lors des sorties longue distance.

Les vélos en carbone sont souvent appréciés des cyclistes professionnels et des passionnés car ils peuvent offrir un bon équilibre entre poids, rigidité et confort. Cependant, ils sont généralement plus chers que les vélos dont le cadre est fabriqué dans d'autres matériaux comme l'aluminium ou l'acier.