羰基化（carbonylation）是一種化學反應，涉及在有機化合物分子中引入羰基（C=O）結構，是製備醛、酮等羰基化合物的重要方法。
羰基化反應包括烯烴的氫甲醯化反應，即在催化劑作用下，烯烴與一氧化碳和氫氣反應，在烯烴雙鍵上添加氫原子和甲醯基，生成比原料烯烴多一個碳原子的醛。此外，還有氨羰基化，即胺基化合物與醯基化合物發生醯化反應生成醯胺化合物的過程。這些反應通常使用過渡金屬絡合物作為催化劑，例如鈷、銠、鐵、鎳等。
在生物化學領域，羰基化也指蛋白質在體內外與醛類物質反應，導致蛋白質結構改變和功能喪失的現象，與皮膚老化等生理過程有關。