Introducción: Los rendimientos de cacao (Theobroma cacao L.) en Chiapas, México, aún son bajos, pero pueden ser mejorados con diseños agroforestales que consideren la composición arbórea para garantizar la diversidad y captura de carbono. Objetivo: Determinar la diversidad arbórea y el carbono almacenado en tres niveles altitudinales de sistemas agroforestales con cacao en el Soconusco, Chiapas. Materiales y métodos: Se establecieron parcelas representativas de 50 x 20 m en tres niveles altitudinales (0 a 50 m, 51 a 100 m y ≥101 m). Las especies se contabilizaron y clasificaron taxonómicamente. Se estimaron el diámetro a la altura del pecho, la altura de cada especie, la diversidad y similitud entre pares de alturas, así como el almacenamiento de carbono. Resultados y discusión: La riqueza fue de 35 especies arbóreas seleccionadas por los productores para sombra del cultivo de cacao. Estas se agruparon en 32 géneros y 22 familias. La abundancia fue de 199 árboles; la abundancia por parcela y diversidad fueron mayores en la altura ≥101 m. La menor diversidad estuvo asociada a las alturas con menor equidad entre abundancia y riqueza. El carbono almacenado en la biomasa aérea varió de 224.9 a 362.1 Mg·ha-1; la cantidad fue superior a más baja altura (0 a 50 m). Conclusiones: Los sistemas agroforestales presentaron diversidad media a alta. La distribución de las especies, por nivel altitudinal, responde a los intereses de los productores y a la composición del bosque natural.  La cantidad de carbono almacenado fue alta, debido a la abundancia, riqueza y dominancia de las especies.