Metallkarbonyler er kjemiske forbindelser mellom overgangsmetaller og karbonmonoksid.

Bindingen mellom metallatomene og karbonyl er påfallende sterk, og kan beskrives som en kombinasjon av to bindinger: En donering av elektroner fra karbonyl til metallet og en tilbakedonering via antibindende π-orbitaler. Tilbakedoneringen gjør at metallet kan ta mot flere elektroner, og ender derfor ofte opp med nøytral eller til og med svakt negativ formell ladning.

Metallkarbonylene har svært varierende struktur. Dette, sammen med deres spesielle bindingsforhold og deres relasjoner til metallorganiske katalysatorer, gjør dem til et viktig emne innen metallorganisk og uorganisk kjemi. Nikkelkarbonyl, med kjemisk formel Ni(CO)₄, er svært giftig.