Significance Previous estimations of carbon budgets in China’s terrestrial ecosystems varied greatly because of the multiplicity of data sources and the inconsistency of methodologies. By conducting a methodologically consistent field campaign across the country, we estimated that the total carbon pool in China’s forests, shrublands, grasslands, and croplands was 79.24 ± 2.42 Pg C. The carbon density exhibited a strong dependence on climate regime: it decreased with temperature but increased with precipitation. The country’s forests have a large potential of biomass carbon sequestration of 1.9–3.4 Pg C in the next 10 to 20 years assuming no removals. Our findings provide a benchmark to identify the effectiveness of the government’s natural protection policies.

Significance Soil organic carbon (C) stock in Chinese croplands increased by about 140 kg C ha −1 year −1 from 1980 to 2011. This soil organic C sequestration was largely due to drastic changes in management practices, such as fertilization, tillage, and residue treatments, induced by economic and policy incentives. Our analysis also indicates that excessive N inputs and inability to incorporate residue C into deeper soils will likely constrain the future C sequestration in Chinese croplands. These findings provide new insights into the causes and limitations of economics- and policy-driven soil C sequestration in China and offer some guidance for soil C management in many developing countries that are going through the similar economic and social transformations.