碳正离子(Carbenium ion)的历史可追溯到1891年，G. Merling说他将溴加到环庚三烯(cycloheptatriene)上，然后加热结晶化产物取得水溶性物质C7H7Br，产生一个他无法解释的结构．然而， Doering 跟Knox预测是符合Hückel's 规则的溴化环庚三烯的芳香族来解释这个现象． 1902年，Norris 跟Kehrman分别发现无色的三苯基甲醇在浓硫酸中会变成深黄色．相似地，三苯基氯甲烷会跟铝、锡氯化物形成有机复合物．同年，Adolf von Baeyer认为其化合物形成一个类似盐类的构造．Adolf猜测颜色跟盐类结构之间的关系就好比孔雀石绿(malachite green)． 碳阳离子在许多有机反应中扮演中间物的角色．其概念最早由Julius Stieglitz于1899年发表，Hans Meerwein在他于1922做的研究Wagner-Meerwein rearrangement(重排)（瓦格奈尔-麦尔外因重排）对其概念有更深的发展．且碳正离子在SN1，E1及重组反应(如Whitmore 1,2 转移)中被发现有参与反应进行．很长的一段时间，美国的化学家不愿意去接受一个新的化学概念，在文章中也不去提到碳正离子此概念．
第一个溶液中稳定的碳正离子的NMR图谱在1958年时由Doering等人所发表．其为七甲基苯离子（heptamethylbenzenium ion），由六甲基苯加上氯化铝、氯甲烷所制成．Story等人于1960制备出稳定的7-norbornadienyl 阳离子，借由norbornadienyl chloride与-80℃下溶于液态二氧化硫的四氟硼酸银反应产生．此NMR图谱显示出一个非传统的中间物(第一个发现的非传统稳定离子) 1962年，Olah借由核磁共振直接发现三级丁基碳阳离子跟溶于魔酸(magic acid)里的三级丁基氟一样稳定．Norbornyl阳离子的NMR图谱最先由 Schleyer等人发表，而Saunders等人则显示出屏障间质子抢夺的过程．[1]
碳正离子与自由基一样，是一个活泼的中间体。碳正离子有一个正电荷，最外层有6个电子。带正电荷的碳原子以sp2杂化轨道与3个原子（或原子团）结合，形成3个σ键,与碳原子处于同一个平面。碳原子剩余的P轨道与这个平面垂直。碳正离子是平面结构。
1963年有报道，直接观察到简单的碳正离子，证明了它的平面结构，为它的存在及其结构提供了实验依据。
根据带正电荷的碳原子的位置，可分为一级碳正离子，二级碳正离子和三级碳正离子。