Enquanto a maioria dos fabricantes de violoncelo constrói seus violoncelos com diferentes tipos de madeira, outros oferecem violoncelos com construção em fibra de carbono. Os violoncelos de fibra de carbono são feitos de fibra de carbono, um material que supera a madeira de várias maneiras. Estes violoncelos são mais baratos, mas mais fortes e mais duráveis que os modelos de madeira. A forma geral desses violoncelos varia apenas ligeiramente dos violoncelos de madeira tradicionais. Muitas orquestras e violoncelistas de todo o mundo usam regularmente esse tipo específico de violoncelo.
Os violoncelistas às vezes devem tocar em condições de frio e umidade. Essas condições contribuem para o sucesso contínuo do violoncelo em fibra de carbono. Muitos violoncelistas relutam em tocar seus violoncelos de madeira caros nessas condições e optam por empregar violoncelos com construção de fibra de carbono, pois podem produzir um som semelhante ao violoncelo de madeira. Os violoncelos de fibra de carbono são mais baratos, mais duráveis, mais resistentes e mais leves que a maioria dos modelos de madeira.
A forma típica de um violoncelo de fibra de carbono pode ser ligeiramente diferente de um violoncelo de madeira tradicional. Pescoços afiados nos violoncelos tradicionais podem causar dor no ombro. Os modelos de fibra de carbono são suaves e reduzem a probabilidade de dor nos ombros ao tocar o instrumento. Esses violoncelos apresentam bordas suaves, diferentemente dos modelos de madeira. A falta de madeira também torna esses violoncelos bons para o meio ambiente, já que alguns fabricantes de violoncelo usam ébano, uma espécie de árvore ameaçada de extinção, em seus violoncelos, o que não é uma preocupação para um violoncelo de fibra de carbono.
A falta de cornijas nesses violoncelos melhora o som geral produzido pelo violoncelo. Cornijas em instrumentos de cordas suportam a estrutura do instrumento. Os instrumentos de fibra de carbono não precisam necessariamente do mesmo nível de suporte estrutural das cornijas que os instrumentos de madeira, e tirar as cornijas de um instrumento de fibra de carbono torna o instrumento mais reverberante.
Muitas orquestras empregam violoncelos elétricos de fibra de carbono. Os violoncelos geralmente produzem sons agudos que são facilmente dominados por grupos de pequenos instrumentos de cordas. As orquestras geralmente incluem violoncelos de fibra de carbono com captadores montados e pré-amplificadores projetados para aumentar a presença do som.
A maioria dos fabricantes de violoncelo de fibra de carbono também produz arcos de fibra de carbono para acompanhar seus violoncelos. Enquanto muitos violoncelistas iniciantes usam arcos de fibra de carbono, muitos profissionais experientes os utilizam também para preservar seus arcos de madeira pernambuco caros. Arcos feitos dessa madeira são facilmente danificados na presença de clima quente e frio extremo.