Fotosinteza je tehnika pretvaranja sunčeve svjetlosti u energiju koju određeni organizmi koriste već oko 3.4 milijarde godina. Osnovna formula uključuje pretvorbu ugljičnog dioksida i vode u glukozu i kisik, uz pomoć reakcija ovisnih o svjetlosti. Fotosinteza se pojavila brzo nakon pojave samog života, za koju se smatra da se dogodila prije 3.5 milijardi godina, nakon što se Zemljina kora ohladila. Prvi fotosintetski organizmi bili su preci modernih cijanobakterija.
Fotosinteza se odvija unutar kloroplasta, posebnih organela smještenih u stanicama biljaka i drugih fotosintetizirajućih organizama. Kloroplasti su zeleni jer koriste pigment klorofil. Primarni organi biljaka koji apsorbiraju sunce su listovi. Iako se kloroplasti nalaze u stanicama cijele biljke, gustoća kloroplasta daleko je najveća na listovima, gdje se u svakom kvadratnom milimetru može naći između 450,000 i 800,000 kloroplasta.
Smatra se da kloroplasti potječu od fotosintetskih bakterija, s kojima imaju mnogo zajedničkog. Poput elektrana eukariotskih (složenih) stanica, mitohondrija, smatra se da kloroplasti proizlaze iz iznimno bliskih simbiotskih odnosa između ranih mikroba, toliko bliskih da su postali dio istog neodvojivog entiteta.
Jedan od nusproizvoda fotosinteze je kisik, molekula koja je nama ljudima i drugim životinjama potrebna za život. Iako danas kisik donosi život, tijekom kataklizmičnog događaja prije dvije milijarde godina donio je smrt. U to je vrijeme Zemljina atmosfera sadržavala malo kisika, a velike željezne stijene mogle su biti izložene površini bez hrđe. Zatim, tijekom geološki iznenadnog razdoblja koje se sastojalo od nekoliko desetaka milijuna godina, fotosintetske cijanobakterije koje proizvode kisik evoluirale su i prekrile Zemlju, proizvodeći ogromne količine kisika i uzrokujući masovno izumiranje evolucijskih loza nenaviknutih na tako visoke koncentracije kisika u atmosferi. To je poznato kao katastrofa kisika.
Danas je atmosfera oko 23% kisika, a ostatak dušika. Potreba za kisikom iz biljaka još je jedan razlog zašto bismo trebali obeshrabriti uništavanje prašuma diljem svijeta, posebice u Amazoni.
Fotosintetski organizmi služe kao temelj svakog ekosustava. U toj se ulozi nazivaju proizvođačima. Organizmi koji ih konzumiraju prema tome nazivaju se potrošačima.