光能自养型微生物体内含有光合色素。这类微生物需要阳光作为能源，依靠体内光合作用色素（例如细菌叶绿素、类胡萝卜素、藻蓝素、藻红素、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、叶绿素d等），以CO2作为碳源，以无机物作为电子供体使CO2还原并合成菌体细胞有机物。藻类、蓝细菌、红硫菌、绿硫菌等属于此类。光能自养型微生物根据供氢体不同分两大类。一类的供氢体为H2O，从H2O的光解中获得H2，通常称为植物的光合作用。例如：

CO2十H2O——→[CH2O]（有机物的代表式）＋O2

这一类微生物有蓝绿细菌和真菌类。另一类为细菌光合作用，它的供氢体为H2S和H2。光合细菌（绿硫菌）反应如下：

CO2＋2H2S——→[CH2O]（有机物的代表式）＋O2