Carell a câștigat recunoaștere ca reporter la The Daily Show cu Jon Stewart din 1999 până în 2005. A continuat să joace în mai multe filme de comedie, inclusiv Anchorman: The Legend of Ron Burgundy (2004) și sequel-ul său din 2013, precum și The 40-Year-Old Virgin (2005), Evan Almighty (2007), Get Smart (2008), Date Night (2010), Crazy, Stupid, Love (2011) și The Way, Way Back (2013). De asemenea, a fost vocea în Over the Hedge (2006), Horton Hears a Who! (2008) și în franciza Despicable Me (2010–prezent).
Carell a început să se îndrepte spre roluri mai dramatice în anii 2010, iar rolul său ca antrenor de wrestling și criminal condamnat John Eleuthère du Pont în filmul de dramă Foxcatcher (2014) i-a adus, printre diverse onoruri, nominalizări la Premiul Oscar pentru Cel Mai Bun Actor, Premiul Globul de Aur pentru Cel Mai Bun Actor – Dramă de Film și Premiul BAFTA pentru Cel Mai Bun Actor în Rol Secundar. A mai jucat în Little Miss Sunshine (2006), The Big Short (2015) și Battle of the Sexes (2017), ultimele două aducându-i a opta și a noua nominalizare la Premiul Globul de Aur, respectiv. În 2018, s-a reunit cu regizorul Adam McKay de la Anchorman și The Big Short pentru filmul biografic despre Dick Cheney, Vice, în care l-a interpretat pe Donald Rumsfeld, și a jucat rolul jurnalistului David Sheff în filmul de dramă Beautiful Boy.
Carell s-a întors la televiziune ca co-creator al serialului de comedie TBS Angie Tribeca (2016–2018), pe care