Der Calvin-Zyklus findet im Stroma des Chloroplasten statt. Das Stroma ist der flüssigkeitsgefüllte Abschnitt des Chloroplasten, in dem sich die Thylakoide in Strukturen anhäufen, die als Grana bekannt sind.
Während der Photosynthese laufen zwei Hauptreaktionsphasen ab. Die erste Phase ist lichtabhängig und findet hauptsächlich innerhalb der Thylakoide statt. Es nutzt Lichtenergie, um Energiemoleküle wie Adenosintriphosphat (ATP) zu produzieren. Die zweite Phase ist jedoch lichtunabhängig und tritt in den die Thylakoiden umgebenden Flüssigkeitsabschnitten, dem sogenannten Stroma, auf. Diese zweite Phase beinhaltet die Fixierung und Reduktion von Kohlendioxid. Alle Reaktionen in dieser zweiten Phase werden zusammenfassend als Calvin-Zyklus bezeichnet.