Nace en Alquízar, La Habana. Hijo de Néstor Leonelo Carbonell. En 1887 su familia emigró a Estados Unidos fue llevado a Tampa. Cursó la primera educación con su padre, Néstor Leonelo Carbonell.

Desde su niñez se mostró revolucionario y discípulo de José Martí, "El libertador". Cuando la Guerra de Independencia estalló, Carbonell tenía entonces quince años, se unió a una de las expediciones que partieron de los Estados Unidos y permaneció en el campo de batalla por un tiempo.

Más tarde regresó a Tampa, Florida, y sirvió junto con Pastor Moinelo, Carlos Boissier, Octavio García Campos y Fernando de Zayas en la campaña de propaganda; fundó y editó la revista "El expedicionario", y contribuyó en otros periódicos.

Al final de la guerra regresó a La Habana y continuó sus estudios en el Instituto y finalmente obtuvo su doctorado en Leyes Civiles en la Universidad. Empezó también a ser conocido como escritor de versos y orador público. Cuando se constituyó la República en 1902, Carbonell y su íntimo amigo José María Collantes organizaron una gran celebración en honor de Martí. El presidente Estrada Palma presidió la celebración y el discurso de Carbonell fue el acontecimiento de la ocasión. Desde entonces se había pronunciado muchas veces en el Ateneo del que fue su fundador y sirvió como secretario por dos años. Su obra más notable como orador la hizo en la campaña para la elección del general José Miguel Gómez como presidente.

Durante los primeros años de la República perteneció al Partido Liberal.

Figuró entre los alzados de 1906 de hecho fue uno de los primeros en participar en el campo de batalla luedo de un feroz discurso en el que empleaba la frase, a menudo repetida desde entonces, "hay que sacar los machetes de sus vainas". Por sus servicios en esta breve guerra fue condecorado con el rango de general de brigada.

Desde ese entonces le prestó mayor atención a la poesía y recitó y publicó muchos de sus poemas los cuales recibieron aprobación popular. Junto con su hermano Néstor y el Sr. Félix Callejas, fundó la revista "Letras". Tuvo a su cargo también varios puestos en el campo de la educación: Jefe de la Sección General de Superintendentes; Secretario del Comité de Superintendentes; Superintendente Provincial de La Habana, etc.

En 1910, fue delegado de Cuba ante la Cuarta Conferencia Panamericana que tuvo lugar en Buenos Aires; en 1911 fue delegado de Cuba en la coronación del Rey Jorge V. Fue presidente de la Sección de Literatura de la Academia Nacional de Artes y Ciencias; presidente de Sociedad Geográfica de Cuba; recopilador de las obras de Jesús Castellanos y Enrique Hernández Miyares.

Se graduó de Doctor en Derecho Público en la Universidad de La Habana (1914).

En 1919 fundó, con Manuel Márquez Sterling, el Partido Nacionalista. Miembro fundador y presidente de la Academia Nacional de Artes y Letras (1910) y director de sus anales. También era miembro de la Academia Cubana de la Lengua, de la Academia de la Historia de Cuba, del Ateneo de La Habana y de otras instituciones latinoamericanas.

Asistió como delegado a varias conferencias internacionales en representación oficial. Colaborador en La Lucha, La Discusión, Heraldo de Cuba, La Nación, El Fígaro, Azul y Rojo y Letras, recopiló en 18 tomos, una antología de prosa y poesía cubanas con el título Evolución de la cultura cubana. Utilizó los seudónimos Tampa, Cacarajicara, Gerardo de Lavernier y René de Roban.

Cultivó la oratoria académica y fue autor del libro de poemas Patria, Penachos y Mi libro de amor; de Discursos y Conferencias; Páginas literarias; Oyendo a mi padre.