La utilización del espacio y el cambio climático están relacionados con la supervivencia y el desarrollo humano. Identificar la relación entre el desarrollo y la conservación es la base del desarrollo sostenible. Utilizamos la curva de densidad de kernel, el análisis espacial y el modelo de sensibilidad para estudiar la eficiencia en el uso del espacio y las características de evolución de las emisiones de carbono a niveles provincial y regional en China desde 1999 hasta 2019. Los resultados muestran que se está formando gradualmente una tendencia de alta eficiencia y bajas emisiones de carbono en las ciudades y pueblos costeros del sureste, y los espacios agrícolas están evolucionando hacia patrones de alta eficiencia y altas emisiones de carbono. Las trayectorias de evolución de la eficiencia en la utilización del espacio y las emisiones de carbono difieren significativamente entre espacios y regiones. También encontramos similitudes en cómo la intensidad de las emisiones de carbono responde a los cambios en la eficiencia de la utilización del espacio en la aglomeración urbana de las cuencas de los ríos Yangtsé y Amarillo. El estudio proporciona sugerencias prácticas para el desarrollo de alta calidad del espacio territorial, la gestión del medio ambiente ecológico y el desarrollo sostenible a la luz de los cambios espaciotemporales.