Carnot toimi vuodesta 1878 yleisten töiden ministeriön alivaltiosihteerinä ja vuodesta 1880 itse ministerinä. Vuonna 1885 hänestä tuli edustajainkamarin varapuhemies sekä kauppa- ja valtiovarainministeri. Carnot valittiin presidentiksi joulukuussa 1887. Presidenttikaudellaan hän joutui vastaamaan muun muassa kenraali Georges Boulangerin sekä radikaalin työväenliikkeen aiheuttamiin haasteisiin. Ranskan johtoa koetteli myös vuoden 1892 Panama-skandaali. Carnot onnistui kuitenkin säilyttämään suosionsa. Hänen kautensa myönteisiä symbolisia tapahtumia olivat vallankumouksen satavuotisjuhla ja Pariisin maailmannäyttely vuonna 1889.