Hijo de Alonso Carbonel y Villanueva, carpintero, y de María Cortés, nació en Albacete el 11 de abril de 1583. Debió de adquirir su formación inicial en el taller paterno, orientando su actividad hacia la talla, al tiempo que su hermano mayor, Ginés, se especializaba en el dorado.^[1]​ En el invierno de 1602-1603 se encontraba en Madrid como aprendiz en el taller del escultor Antón de Morales, de lo que se tiene noticia por la denuncia por incumplimiento del contrato de aprendizaje presentada por el maestro contra el aprendiz, que por aquel tiempo había huido del taller y fue detenido poco más tarde en Toledo.^[2]​ Giraldo de Merlo se presentó como fiador para sacarlo de la cárcel, comprometiéndose a devolverlo en el plazo de ocho días al taller de Morales, para que acabase de cumplir con los términos del contrato, pero Carbonel se fugó nuevamente por lo que Morales demandó a Merlo y, para poner fin al pleito entre ellos, ambos se concertaron notarialmente a dar con el fugitivo pagando a medias las costas de la búsqueda. Se ignoran los motivos de la doble fuga, pero cabe presumir que Carbonel se encontrase en una fase avanzada de su formación, capaz ya de realizar trabajos por cuenta propia, y que buscase de ese modo librarse de la tutela del maestro.^[3]​

No se tienen otras noticias de su vida hasta 1607, en que reaparece en Albacete como testigo en la firma de un contrato entre el ensamblador Benito Villanueva Cano y la iglesia de San Juan Bautista para la realización de un sagrario, en el que el propio Carbonel pudo tener alguna parte. Tres días después de ese contrató bautizó en la misma iglesia a su primer hijo, Gregorio, nacido de su matrimonio con Gregoria Girón.^[4]​

Tras un nuevo vacío documental, en febrero de 1611 se encontraba establecido ya definitivamente en Madrid. El mismo año, que para el fue de una intensa actividad, contrató el retablo mayor de la iglesia de la Magdalena de Getafe, obra de envergadura finalizada en 1618, además de los escudos y el relieve en mármol de la fachada del monasterio de la Encarnación de Madrid, firmado el contrato en agosto de 1611.^[5]​ Su labor en el retablo de Getafe debió de ser principalmente la de tracista —con un lenguaje clasicista vitruviano animado por un rico sentido decorativo— y coordinador de los trabajos, encargándose ya en enero de 1612 del aprovisionamiento de la madera y de su traslado y almacenaje, pero para su construcción el 3 de febrero de 1613 firmó un contrato con su antiguo maestro Antón de Morales, ahora reconciliado, y con Antonio de Herrera, a quien estaba unido por lazos familiares, que se ocuparon de realizar las esculturas, además de con el ensamblador Luis Navarro, que debía hacerse cargo del sagrario, concluido tras su muerte ese mismo año por Juan de Porres, en tanto del ensamblaje finalmente se ocupó Miguel Tomás, que lo contrató a destajo.^[6]​^[7]​

Desavenencias conyugales, que concluyeron en el asesinato de su mujer Gregoria Girón, se cruzaron en estos trabajos. Acusada criminalmente de adulterio y de abandono del hogar llevándose algunos vestidos, Gregoria presentó ante el vicario demanda de divorcio, pero el 24 de enero de 1616 los esposos llegaron notarialmente a un acuerdo de apartamiento por el que retiraban sus respectivas demandas y Gregoria se recluiría en el monasterio de Santa Catalina de Sena o donde Carbonel dispusiera. Sin embargo, y sin que se conozcan las circunstancias ni otros detalles, el 11 de marzo Melchor de la Cueva, procurador, fue designado curador del pequeño Francisco Carbonel, menor de siete años, pues su padre «está retraído en una iglesia por haber muerto a la dicha Gregoria Girón».^[8]​ Tampoco se conoce qué ocurrió tras este suceso pues Carbonel no reaparece en la documentación hasta el 25 de septiembre de 1616, al contraer matrimonio en Getafe con Ana de Seseña y Jibaja, de la oligarquía municipal.^[9]​ El matrimonio convirtió a Alonso Carbonel en curador y tutor de las hermanas menores de su esposa, y como tal actuó en el matrimonio de la menor, Ángela, con el pintor Pedro Núñez del Valle.

Al tiempo de realizar el retablo de Getafe dirigió un taller dedicado a la contratación de retablos y otras obras menores con la colaboración de su hermano Ginés, pintor y dorador, y acuerdos puntuales de colaboración con otros talleres, especialmente el dirigido por su cuñado Antonio de Herrera, con el que además de trabajar en Getafe se repartió la hechura del retablo de la capilla de Juan Guedeja, en el convento de la Santísima Trinidad, y las figuras que coronaban la primitiva puerta de Alcalá, reformada para la entrada de Isabel de Borbón en 1615, hasta acabar enemistándose.^[10]​ Poco a poco, sin embargo, irá abandonando esta actividad. Ya en 1614, trabajando en obras de naturaleza diversa en la iglesia de Mejorada del Campo, se tituló por primera vez arquitecto y no escultor.^[11]​ Con ese bagaje, en septiembre de 1619 solicitó la plaza de aparejador del Real Sitio de Aranjuez, que le fue denegada en beneficio de Agustín Ruiz.^[12]​

En calidad de aparejador trabajó a las órdenes de Juan Gómez de Mora en el Monasterio de San Lorenzo de El Escorial y en el Alcázar de Madrid.^[13]​ Las relaciones con el arquitecto real, sin embargo, nunca fueron buenas: en 1622 Carbonel se ocupó al frente de un equipo de escultores y pintores de las pirámides alzadas en algunas plazas de Madrid con motivo de las fiestas por la canonización de san Isidro, sobre trazas dadas por Gómez de Mora, pero al hacer su tasación el conquense señaló algunas faltas, por lo que rebajó el precio final, a lo que Carbonel respondió recusándolo como tasador en un encargo posterior hecho para el ayuntamiento, tachándolo junto a su cuñado Antonio de Herrera de ser «odiosos e sospechosos».^[14]​ Con todo, en 1625 figuraba aún en el censo del donativo al rey en compañía de escultores y tracistas, como profesional del retablo, aportando una cantidad importante.

Esta situación cambió en 1627 cuando fue nombrado aparejador de las obras reales, contra la opinión de Gómez de Mora, que prefería un profesional formado en la práctica de la cantería y menos en el dominio del dibujo, en el que Carbonel basaba su mérito, en un nuevo capítulo del debate entre arquitectos-técnicos y arquitectos-artistas.^[15]​ Amparado por Juan Bautista Crescenzi, con quien hizo un viaje a Sevilla con la misión de supervisar las obras que se ejecutaban en el Real Alcázar, tres años más tarde fue nombrado aparejador mayor, cargo de nueva creación.^[16]​ En este cometido se habría encargado con Cristóbal de Aguilera de la construcción de la fachada de la Cárcel de Corte, actual Ministerio de Asuntos Exteriores, para la que Juan Gómez de Mora dio las primeras trazas, persistiendo la duda de lo que puede corresponder a cada uno.^[17]​

Favorecido por el Conde-Duque de Olivares, en junio de 1632 fue designado maestro mayor de las obras del nuevo Palacio del Buen Retiro, desplazando a Juan Gómez de Mora, maestro mayor de las obras del rey, quien por sus críticas a aquellos que, como Juan Bautista Crescenzi, tachaba de simples aficionados, se había ganado la enemistad de Olivares.^[13]​ Con Carbonel como maestro mayor, Crescenzi, autor del primer proyecto de ampliación del Cuarto Real de San Jerónimo para la jura del príncipe Baltasar Carlos, continuó como supervisor general del proyecto, pero a su muerte, en 1635, Carbonel asumió ya sin cortapisas las labores de arquitecto de la obra del palacio, que fue creciendo en relación con el primer proyecto de forma rápida e improvisada, junto con sus jardines y ermitas.^[18]​ La primera de las ermitas, la de San Juan, la inició en 1633 Juan de Aguilar y a ellas siguieron, todas por trazas de Carbonel, las de San Isidro, San Bruno, Santa María Magdalena, Santa María Egipciaca, San Antonio de los Portugueses y San Jerónimo. Ninguna se conserva y solo pueden conocerse por el plano de Texeira y los grabados de Louis Meunier y Les délices d'Espagne, pero se trata de obras muy significativas en la evolución de la arquitectura cortesana, con sus torrecillas y chapiteles agudos sobre plantas en algún caso muy sencillas, pero rodeadas de espacios ajardinados y rías de geometría caprichosa, que las hacía confundir con los pabellones de recreo. La más destacada de ellas, la de San Antonio de los Portugueses, iniciada en 1635, muestra claras concomitancias con la Torre de la Parada y, en planta, con el pabellón de la Zarzuela.^[19]​^[20]​

Concebido para el recreo, en 1637 se adicionó al palacio sobre trazas de Carbonel un salón de baile, conocido como el Casón, y un teatro permanente, el Coliseo. El primero aún subsistente, aunque muy reformado exteriormente en el siglo XIX y su interior más modernamente ha sido convertido en biblioteca del Museo del Prado. Interiormente constaba de un amplio salón de elevado techo abovedado y dos salas menores a cada lado. Exteriormente su aspecto era el de un elegante edificio de dos plantas sobre una columnata de granito y ventanas coronadas por frontones.^[21]​

Carbonel participó en los entretenimientos de la corte no solo como tracista de los espacios destinados al recreo, incluida la cancha para el juego de pelota. Para el martes de Carnaval de 1638 la corte organizó una representación del «mundo al revés», con la boda del Caballero de la Ardiente Legumbre, marqués de la Coliflor, y doña Grimaldina, protagonizada exclusivamente por varones, también en los papeles femeninos. A Carbonel, al parecer feísimo, le correspondió el papel de la reina. Olivares hizo de portero y Velázquez de la condesa de Santiesteban.^[22]​

En 1637, tras el destierro de Gómez de Mora de la corte, también se hará cargo del Palacio de la Zarzuela, proyectado por aquel,^[23]​ y de la dirección arquitectónica de la remodelación y ampliación de la primitiva Torre de la Parada, iniciada ese mismo año,^[24]​ conforme a la traza dada por Gómez de Mora ampliada en una segunda fase constructiva por Carbonel,^[25]​ además de supervisar las obras del Panteón Real en el Monasterio de El Escorial y completar las obras de la iglesia del convento de carmelitas calzadas de Nuestra Señora de las Maravillas dejada inconclusa por Gómez de Mora.^[26]​ En 1635 dio las trazas para el convento de monjas dominicas de la Concepción Recoleta de Loeches, patrocinado por Olivares y levantado junto a su palacio, ocupándose de las obras nuevamente Cristóbal de Aguilera. Llevadas las obras a buen ritmo, en noviembre de 1640 se inauguró el convento, aunque el abovedamiento de la nave de la iglesia se retrasó y no llegó a completarse en vida del valido. Cuando lo hizo, con una esbelta cúpula sobre tambor, se hizo siguiendo planos probablemente del hermano Francisco Bautista. La iglesia sigue en su fachada directamente el modelo del monasterio de la Encarnación de Madrid, aunque la alternancia de paneles rehundidos y resaltados, la división en calles de los cuerpos altos mediante pilastras verticales y los pequeños aletones rompen la estricta severidad del modelo.^[27]​^[28]​

La caída en desgracia de su protector en enero de 1643 y la poco posterior rehabilitación de Gómez de Mora no afectó a su posición ante el rey, al que acompañó en la jornada de Aragón de junio de 1643 en su condición de ayuda de la furriera,^[29]​ ni puso fin a su carrera, que culminó en 1648 con el nombramiento como maestro mayor de las obras reales en la plaza que dejaba vacante quien había sido su rival. La conclusión del Panteón Real en El Escorial, al que aportó la construcción y embellecimiento a base de mármoles y jaspes de la nueva escalera, el retablo de la rotonda y el solado será la obra de mayor empeño que aborde en esta etapa final de su vida.^[30]​

Falleció en Madrid, en sus casas de la calle de la Cabeza, el 1 de septiembre de 1660 y fue enterrado en la iglesia de San Miguel.^[31]​ Dejaba a su viuda y sus hijos María y Francisco Carbonel una economía saneada y una colección de un centenar de cuadros tasados por Sebastián de Herrera Barnuevo, entre ellos nueve de Eugenio Cajés, con quien había colaborado en la iglesia de Torrelaguna, tres de su cuñado, Pedro Núñez del Valle y una Sagrada Familia de Jusepe Leonardo.^[32]​

• Blanco Mozo, Juan Luis (2003). «Alonso Carbonel (1583-1660), arquitecto del Rey y del Conde-Duque de Olivares». Universidad Autónoma de Madrid. Departamento de Historia del Arte. Tesis doctorales. 
• Bonet Correa, Antonio (1984). Iglesias madrileñas del siglo XVII. Madrid : Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Instituto Diego Velázquez. ISBN 84-00-02645-4. 
• Brown, Jonathan y Elliott, J.H. (1985). Un palacio para el rey. El Buen Retiro y la corte de Felipe IV. Madrid : Alianza Editorial. ISBN 84-292-5111-1. 
• Cámara Muñoz, Alicia (coord.) (1995). Retablos de la Comunidad de Madrid. Siglos XV a XVIII. Madrid: Dirección General de Patrimonio Cultural. Consejería de Educación y Cultura. ISBN 84-451-1011-X. 
• Sánchez González, Martín; Sánchez González, José M.ª (1998). Iglesia catedral Santa María Magdalena. Joya de Getafe. Getafe. ISBN 84-8497-546-0. 
• Martín González, Juan José (1983). Escultura Barroca en España, 1600-1700. Madrid : Ediciones Cátedra. ISBN 84-376-0392-7. 

• Blanco Mozo, José Luis, «Alonso Carbonel Cortés», Historia hispánica, Real Academia de la Historia.