В живих організмах вуглеводи виконують різні функції, але основними є енергетична і будівельна.
Енергетична функція полягає в тому, що вуглеводи під впливом ферментів легко розщеплюються і окислюються з виділенням енергії. При повному окисленні 1 г вуглеводів вивільняється 17,6 кДж енергії. Кінцеві продукти окислення вуглеводів - вуглекислий газ і вода.
Значна роль вуглеводів в енергетичному балансі живих організмів пов'язана з їх здатністю розщеплюватися як при наявності кисню, так і без нього. Це має найважливіше значення для живих організмів, що живуть в умовах дефіциту кисню. Резервом глюкози є полісахариди (крохмаль і глікоген).
Структурна (будівельна) функція вуглеводів полягає в тому, що вони використовуються в якості будівельного матеріалу. Оболонки клітин рослин в середньому на 20-40% складаються з целюлози, яка має високу міцність. Тому оболонки рослинних клітин надійно захищають внутрішньоклітинний вміст і підтримують форму клітин. Хітин є компонентом зовнішнього скелета членистоногих і клітинних оболонок деяких грибів і протистов.
Деякі олігосахариди входять до складу цитоплазматичної мембрани клітин тварин і утворюють надмембранний комплекс - гликокаликс. Вуглеводні компоненти цитоплазматичної мембрани виконують рецепторну функцію: вони сприймають сигнали з навколишнього середовища і передають їх в клітку.
Метаболічна функція полягає в тому, що моносахариди є основою для синтезу багатьох органічних речовин в клітинах організмів - полісахаридів, нуклеотидів, спиртів, амінокислот та ін.
Запасающая функція полягає в тому, що полісахариди є запасними поживними речовинами всіх організмів, граючи роль найважливіших постачальників енергії. Запасним живильною речовиною у рослин є крохмаль, у тварин і грибів - глікоген. У коренях і бульбах деяких рослин, наприклад, жоржин, запасається інулін (полімер фруктози).
Вуглеводи виконують і захисну функцію. Так, камеді (смоли, що виділяються при пошкодженні дерев, наприклад, вишень, слив) є похідними моносахаридів. Вони перешкоджають проникненню в рани хвороботворних мікроорганізмів. Тверді клітинні оболонки протистов, грибів і покриви членистоногих, до складу яких входить хітин, теж виконують захисну функцію.