Aux élections sénatoriales de 2000, il est élu facilement contre le sénateur républicain sortant, William V. Roth Jr. (55,5 % face à 43,7 %). Le sénateur Carper est un démocrate modéré, qui se déclare ouvert au plan de réforme de la sécurité sociale pourtant très décrié et proposé par le président George W. Bush. Lors des élections de 2006, il est réélu à son poste de sénateur avec 67,1 % des voix contre 27,4 % au républicain Jan Ting.