Después de la universidad, Carl Lumbly comenzó su carrera profesional como periodista en Minnesota. Mientras estaba asignado para una historia sobre un taller de teatro, fue elegido como actor y permaneció con la compañía de improvisación teatral durante dos años. En 1981 obtuvo su primer papel importante como el detective Marcus Petrie en la serie de televisión Cagney & Lacey, el cual interpretó hasta su final en 1988. Prestó su voz al héroe de acción J'onn J'onzz / Martian Manhunter en la serie animada Justice League. Del 2001 al 2006 interpretó al agente de la CIA Marcus Dixon en la serie dramática de espionaje de ABC Alias, y desde el 2017 da vida al padre de Martian Manhunter, M'yrnn, en Supergirl. En la pantalla grande se destacó en cintas como Las aventuras de Buckaroo Banzai (1984), Hombres de honor (2000) y La cura siniestra (2016). En 2019 da vida al antiguo chef del Hotel Overlook y amigo de Danny Torrance, Dick Hallorann, en Doctor Sueño.