Papst Alexander VIII. nahm ihn im Konsistorium vom 13. Februar 1690 in das Kardinalskollegium auf. Den Kardinalshut erhielt Carlo Bichi am 16. Februar desselben Jahres und am 10. April 1690 wurde ihm "Santa Maria in Cosmedin" als Titeldiakonie verliehen. Er nahm am Konklave 1691 teil, das Innozenz XII. zum Papst wählte. Am 22. Dezember 1693 optierte Carlo Bichi zur Titeldiakonie Sant’Agata in Suburra. Er war Teilnehmer am Konklave 1700, aus dem Clemens XI. als Papst hervorging.