Dekarboksylacja, dekarboksylowanie – reakcja chemiczna, w której dochodzi do usunięcia grupy karboksylowej z kwasów karboksylowych lub ich soli i estrów. W wyniku tej reakcji następuje zazwyczaj wydzielenie dwutlenku węgla. W organizmie jest wywoływana najczęściej poprzez działanie enzymów.
Przykładem reakcji dekarboksylacji w syntezie chemicznej są reakcje Hunsdieckera, Simoniniego i Kochiego.
Dekarboksylacja ketokwasów ma szczególne znaczenie w środowisku naturalnym, gdzie stanowi jeden z etapów degradacji aminokwasów w procesach fermentacyjnych i rozkładu tlenowego.