Carbonell ha ganado premios como los ALMA Awards de 1999 como mejor actor en una serie de comedia por De Repente Susan & La Estrella en el Horizon Award (Premio Presidente) en el Festival Internacional de Ft. Lauderdale en 2003. Ha sido nominado a muchos otros galardones en los ALMA y en los premios NCLR.
Ha parecido en House, Monk, Daybreak, Ley y Orden, Scrubs, y más recientemente en Smokin' Aces entre muchas más. Cuando se estaba emitiendo el episodio de Perdidos "Not in Portland", Carbonell también estaba haciendo un papel recurrente en Caso Abierto.
Uno de sus papeles importantes más recordados en TV fue en la comedia de superhéroes The Tick, interpretando al personaje Batmanuel.
Cuando apareció en House, interpretó al marido del personaje de Tracy Middendorf.
Actualmente interpreta a un personaje principal, Frank Duque, en Cane.