In de chemie is de carboxylgroep een biologisch, functionele groep bestaande uit een koolstof atoom dat is dubbel gebonden aan een zuurstof atoom en enkelvoudig gebonden aan een hydroxyl groep. Een andere manier om het te bekijken is als een carbonylgroep (C = O)
dat heeft een hydroxylgroep (O-H) gehecht aan het koolstofatoom.
De carboxylgroep wordt soms aangeduid als de carboxygroep, functionele carboxylgroep of carboxylgroep. Het wordt meestal geschreven als -C (= O) OH of -COOH.
Carboxylgroepen ioniseren door het waterstofatoom uit de -OH-groep vrij te maken. De H+, wat een gratis proton is, wordt vrijgegeven. Aldus maken carboxylgroepen goede zuren. Wanneer waterstof vertrekt, heeft het zuurstofatoom een negatieve lading die het deelt met het tweede zuurstofatoom in de groep, waardoor de carboxyl stabiel blijft, zelfs wanneer geoxideerd.
Waarschijnlijk is het bekendste voorbeeld van een molecuul met een carboxylgroep een carbonzuur. De algemene formule van een carbonzuur is R-C (O) OH, waarbij R een willekeurig aantal chemische soorten is. Carbonzuren worden aangetroffen in azijnzuur en de aminozuren die worden gebruikt om eiwitten op te bouwen.
Omdat het waterstofion zo gemakkelijk loskomt, wordt het molecuul meestal gevonden als een carboxylaatanion, R-COO-. Het anion wordt genoemd met het achtervoegsel -ate. Azijnzuur (een carbonzuur) wordt bijvoorbeeld het acetaation.