I 1937 reiste Carnovsky sammen med flere av Group Theatres medlemmer til Hollywood for å spille i filmer, i et forsøk på å samle inn penger til gruppen. Carnovskys filmdebut var i , som vant Oscar for beste film i 1937. Deretter spilte han en birolle i , før han returnerte til New York og en nylig rekonfigurert versjon av Group Theater. Etter at Group Theater ble nedlagt i 1940, reiste Carnovsky tilbake til Hollywood der han fortsatte filmkarrieren. I tillegg ble han medlem i Actors Lab.