Fotosinteza je tehnika za pretvorbo sončne svetlobe v energijo, ki jo nekateri organizmi uporabljajo že približno 3.4 milijarde let. Osnovna formula vključuje pretvorbo ogljikovega dioksida in vode v glukozo in kisik, ki ji pomagajo svetlobno odvisne reakcije. Fotosinteza se je pojavila hitro po nastanku samega življenja, ki naj bi se zgodila pred 3.5 milijarde let, potem ko se je zemeljska skorja ohladila. Prvi fotosintetični organizmi so bili predniki sodobnih cianobakterij.
Fotosinteza poteka znotraj kloroplastov, posebnih organelov, ki se nahajajo v celicah rastlin in drugih fotosintetizirajočih organizmov. Kloroplasti so zeleni, ker uporabljajo pigment klorofil. Primarni organi rastlin, ki absorbirajo sonce, so listi. Čeprav se kloroplasti nahajajo v celicah po vsej rastlini, je gostota kloroplastov daleč največja na listih, kjer lahko najdemo med 450,000 in 800,000 kloroplastov v vsakem kvadratnem milimetru.
Kloroplasti naj bi izhajali iz fotosintetskih bakterij, s katerimi imajo veliko skupnega. Tako kot elektrarne evkariontskih (kompleksnih) celic, mitohondrijev, naj bi kloroplasti izhajali iz izjemno tesnih simbiotskih odnosov med zgodnjimi mikrobi, tako tesnih, da so postali del iste neločljive entitete.
Eden od stranskih produktov fotosinteze je kisik, molekula, ki jo ljudje in druge živali potrebujemo za življenje. Čeprav danes kisik prinaša življenje, je med kataklizmičnim dogodkom pred dvema milijardama let prinesel smrt. Takrat je zemeljska atmosfera vsebovala malo kisika, velike železne kamnine pa so bile lahko izpostavljene površini, ne da bi zarjavele. Nato so se med geološko nenadnim obdobjem, sestavljenim iz nekaj deset milijonov let, razvile fotosintetične cianobakterije, ki proizvajajo kisik, in prekrile Zemljo, proizvajale ogromne količine kisika in povzročile množično izumrtje evolucijskih rodov, ki niso vajene tako visokih koncentracij kisika v atmosferi. To je znano kot kisikova katastrofa.
Danes je ozračje približno 23 % kisika in preostanek dušika. Potreba po kisiku iz rastlin je še en razlog, zakaj bi morali odvračati od uničevanja deževnih gozdov po vsem svetu, zlasti v Amazoniji.
Fotosintetični organizmi so osnova vsakega ekosistema. V tej vlogi se imenujejo proizvajalci. Organizmi, ki jih zaužijejo, se zato imenujejo porabniki.