A deposição de nitrogênio é um problema ambiental global que pode alterar o armazenamento de carbono orgânico (SOC) no solo. No entanto, a magnitude e a resposta dependente da profundidade do SOC à deposição de nitrogênio permanecem obscuras. Aqui, conduzimos uma meta-análise de 113 observações pareadas de 57 publicações para quantificar os efeitos da deposição de nitrogênio nos estoques de SOC em diferentes camadas do solo (0–10, 10–20, 20–30, 30–50 e 50–100 cm). Descobrimos que a deposição de nitrogênio aumentou significativamente os estoques de SOC nas camadas de solo de 0–10 e 10–20 cm em 13,5% e 12,8%, respectivamente, mas diminuiu os estoques de SOC na camada de solo de 30–50 cm em 11,1%. Os efeitos positivos da deposição de nitrogênio nos estoques de SOC nas camadas superiores do solo foram impulsionados principalmente pelo aumento da produtividade das plantas e da entrada de serapilheira, enquanto o efeito negativo na camada de solo de 30 a 50 cm pode ser atribuído à decomposição acelerada do SOC. Nossos resultados sugerem que a deposição de nitrogênio pode ter efeitos complexos e dependentes da profundidade no armazenamento de SOC, o que deve ser considerado em modelos de ciclo de carbono terrestre e gestão de ecossistemas.