Forskarna har undersökt havssediment som lagts ner under den så kallade Palaeocen-Eocen Thermal Maximum - en dramatisk uppvärmningshändelse för cirka 56 miljoner år sedan.
De finner att mängden koldioxid som går ut i luften vid dess början var högst fyra miljarder ton per år.
Dagens siffra är tio gånger så stor.
Arbetet publiceras i tidskriften Nature Geoscience.
PETM har studerats ingående av forskare eftersom det betraktas som en möjlig "analog" för vad som händer på Jorden nu.
Men laget hävdar att omfattningen av mänskliga-producerade koldioxidutsläpp innebär att de lärdomar vi kunde dra av den gamla händelsen faktiskt kan ha begränsad relevans.
"Vi har faktiskt gått in i en era av en icke-analog stat, som utgör en grundläggande utmaning för att begränsa framtida klimatprognoser", skriver de i sin uppsats.
PETM var en extraordinär händelse i Jordens historia.
Tidigare forskning har visat att havsytans temperatur steg med cirka fem grader i en relativt kort tidsskala, i geologisk mening.
Denna fas av global uppvärmning drev på en snabb omsättning av arter, både i havet och på land.
CO2-koncentrationen i atmosfären gick troligen över 1000 delar per miljon i volym, jämfört med den 400ppm den står på idag.
Den stora pulsen i utsläppen har tillskrivits en rad faktorer, bland annat kometpåverkan och häpnadsväckande vulkanism. En del forskare misstänker att man också hade grävt ner metanlager på havsbottnen, vilket förstärker uppvärmningen.
Richard Zeebe och kollegerna bryr sig inte om orsaken, utan vad de ville göra var helt enkelt utsläppshastigheten.
Teamet uppnådde detta genom att studera resterna av små marina organismer från PETM känd som Foraminifera.
De olika typerna, eller isotoperna, av kol- och syreatomer i dessa fossiler kan användas för att rekonstruera sannolika CO2-nivåer och temperatur 56 miljoner år sedan.
Analys av denna kemi, tillsammans med några modelleringsarbete, tyder på att temperaturen under PETM steg i lock-steg med koldioxidutsläpp.
Kontrastera detta med den moderna eran där koldioxidutsläppen stiger så snabbt att "equilibriumtemperaturen" släpar efter.
Zeebe och kollegor beräknar att det tog minst 4 000 år för PETM-uppvärmningen att ta plats, med kol som går ut i atmosfären med en hastighet på mellan 0,6 och 1,1 miljarder ton kol per år.
För närvarande närmar sig de mänskliga koldioxidutsläppen 40 miljarder ton per år.
"Om du går tillbaka till [impactor] som dödade av dinosaurierna (66 miljoner år sedan) - det var uppenbarligen en otroligt snabb klimatförändringar," observerade medförfattare Andy Ridgwell från Bristol University, Storbritannien.
– Det drevs inte av koldioxidutsläpp i sig, men det var fortfarande en otroligt snabb klimatförändring. Och så har det varit en hel del att söka runt efter vad som var nästa snabbaste händelse, och människor har låst på till PETM eftersom det har alla egenskaper av nuvarande uppvärmning och antropogena utsläpp - förutom att det visar sig att utsläppen i PETM var faktiskt en storleksordning långsammare än de är idag," sade han BBC News.
Hur snabbt planeten kan värmas under de kommande två århundradena är ett ämne för levande debatt eftersom detta sannolikt är en stor faktor i hur väl arter kan anpassa sig till förändrade förhållanden.
"Förändringstakten är lika viktig som omfattningen av en händelse för att bestämma särskilt markbundna ekosystem störningar," Prof Ridgwell sade.
Jonathan.Amos-INTERNET@bbc.co.uk och följ mig på Twitter: @BBCAmos
Vi sätter nu kol i atmosfären i en takt som saknar motstycke sedan åtminstone dinosauriernas ålder, säger forskarna.