Para comprender las leyes de desarrollo de la eficiencia del carbono y ayudar a China a alcanzar el objetivo de doble carbono lo antes posible, utilizamos el modelo EBM de supereficiencia para calcular la eficiencia total del carbono de las ciudades, basado en datos de panel de 283 ciudades a nivel de prefectura en China desde 2004 hasta 2019. Se analizaron las variaciones espaciotemporales en la eficiencia del carbono utilizando el coeficiente de Gini de Dagum, la agregación LISA y la elipse de desviación estándar. Las tendencias de evolución dinámica se analizaron utilizando estimación de densidad kernel y la cadena de Markov espacial. Los resultados mostraron que la diferencia general en la eficiencia total del carbono entre las 283 ciudades disminuyó, y la diferencia dentro de las tres regiones fue mayor que la diferencia entre regiones. La eficiencia total del carbono de las ciudades tenía una correlación espacial significativa, y los patrones de distribución espacial mostraron una agregación centrípeta de noreste a suroeste. Las características de evolución dinámica de la intensidad de emisión de carbono en diferentes regiones eran bastante diferentes y la polarización de las ciudades del este y del centro era más evidente. Hubo un efecto significativo de dependencia de trayectoria en la probabilidad de transición de la eficiencia total del carbono entre ciudades, y el nivel de eficiencia del carbono de las ciudades vecinas podría afectar la probabilidad de transición de la eficiencia del carbono de las ciudades. Con base en las conclusiones anteriores, también presentamos recomendaciones de políticas relevantes para cambios tecnológicos en el lado de la oferta de energía, patrones de desarrollo innovadores y la gobernanza de políticas regionales.