以我国三大城市群32个地市2005—2012年的面板数据为基础,运用STIRPAT模型就城镇化对碳排放的影响效应进行了实证研究。研究结果表明:在整体层面,城镇化的发展存在明显的环境库兹涅茨曲线效应,人均收入同碳排放之间呈倒U型关系,满足EKC假说,人口规模、产业结构和能源强度均不同程度地导致了碳排放的增长。在区域层面,城镇化对长三角城市群的碳排放具有抑制作用,并且这种抑制作用随着城镇化进程的不断推进而日益明显;城镇化对京津冀城市群的碳排放具有显著正向影响,并且这种正向影响随着城镇化进程的不断推进而逐步增强;珠三角城市群城镇化的发展同碳排放之间呈现一种U型关系。除长三角城市群以外,珠三角城市群和京津冀城市群的人均收入同碳排放之间均存在环境库兹涅茨曲线。人口规模和能源强度是导致三大城市群碳排放增长的共同原因;产业结构对长三角和珠三角城市群的碳排放分别具有显著和不显著的正向影响,而对京津冀城市群的碳排放则表现出不显著的抑制作用。基于实证分析,提出促进我国绿色城镇化发展的政策建议。