Dopo aver prestato la voce alla serie "Kim Possible", ha ottenuto il ruolo di Richard Alpert nella terza stagione di "Lost"; in principio si è rifiutato di rientrare a far parte del cast della serie per poter lavorare nella serie "I signori del rum". Durante lo sciopero degli sceneggiatori, tuttavia, la serie è stata cancellata e Carbonell si è potuto liberare dal contratto che lo legava alla CBS, riprendendo a lavorare in "Lost" nelle tre serie a seguire, anche qui come "regular character". Nel 2008 ha interpretato il sindaco di Gotham City ne "Il cavaliere oscuro" e nel 2012 ne "Il cavaliere oscuro - Il ritorno" di Christopher Nolan.