Loin de l'univers cinématographique, Steve Carell a débuté dans la vie active en tant que postier. N'ayant pas la fibre administrative, il quitte son emploi après seulement quelques mois. Il tente aussi de rentrer en faculté de droit, mais lors de son entretien il se montre incapable de trouver une quelconque attirance pour le métier d'avocat. En 1991, il se décide à rejoindre la troupe de théâtre, spécialisée dans l'improvisation, The Second City, à Chicago. Cette année marque aussi ses débuts sur grand écran avec le rôle de Tesio dans La P'tite arnaqueuse.

C'est cependant sur le petit écran que l'on retrouve par la suite Steve Carell. Tout d'abord, au casting de The Dana Carvey Show, puis il se fait surtout connaître grâce à ses passages au sein du Saturday Nigth Live. Ce qui lui permet, en 1999, de devenir un membre récurrent du Daily Show jusqu'en 2004. Il rejoint le temps d'un épisode le casting de Voilà !, sitcom américaine sur les dessous d'un magazine de mode, puis obtient le rôle d'Edgar dans Ellie dans tous ses états qu'il tiend jusqu'à l'arrêt de la série en 2002.

L'acteur n'oublie pas pour autant le cinéma et y revient dès 2003, avec un rôle remarqué, dans Bruce tout-puissant aux côtés de Jim Carrey. L'année suivante, il complète l'affiche de Melinda et Melinda sous la direction de Woody Allen puis rejoint Will Ferrell sur le tournage de la comédie déjantée Présentateur vedette : la légende de Ron Burgundy. En 2005, il obtient le rôle de Michael Scott le patron d'une fabrique de papier, moqué et méprisé par ses employés, dans The Office version américaine, qui lui vaut le Golden Globes du meilleur acteur l'année suivante.

Parallèlement, Steve Carell continue à faire des apparitions dans plusieurs comédies. Il campe ainsi un rôle secondaire dans Ma sorcière bien-aimée de Nora Ephron, adaptation de la célèbre série des années 60, puis tient le haut de l'affiche de la comédie décalée 40 ans, toujours puceau, pour laquelle il porte aussi les casquettes de scénariste et de producteur exécutif. Ce rôle d'éternel puceau lui vaut une reconnaissance internationale, et un premier succès personnel le consacrant comme l'une des plus grandes stars de la comédie américaine.

Il enchaîne ensuite avec un rôle plus grave dans la comédie dramatique de Jonathan Dayton et Valerie Faris, Little Miss Sunshine, présentée en compétition officielle du Festival du Film Américain de Deauville en 2006, récompensée par deux Oscars et pour laquelle il remporte un Screen Actors Guild Award. En même temps, il fait une incursion dans le cinéma d'animation en prêtant sa voix à l'écureuil hyper actif de Nos voisins, les hommes, puis attend trois années avant de revenir à l'animation avec Horton (2008), puis Moi, moche et méchant (2010) et sa suite (2013).

En parallèle de ses rôles vocaux, l'acteur est propulsé en tête d'affiche de la comédie Evan tout-puissant, suite de Bruce tout-puissant. Il poursuit dans ce registre en incarnant l'agent le plus gaffeur de l'histoire, Maxwell Smart, dans le nouveau succès Get Smart inspiré de la série culte Max la Menace. Après une petite pause au cinéma, et pendant laquelle il se consacre pleinement à ses rôles télévisuels, le comédien forme à nouveau un couple détonnant avec une autre figure du petit écran américain, Tina Fey pour Crazy Night, et apparaît en mari et père en pleine reconquête de sa femme dans Crazy, Stupid, Love, aux côtés du très en vogue Ryan Gosling. Il continue sa composition de dépressif l'année suivante pour Jusqu'à ce que la fin du monde nous sépare, dans lequel il part en road-trip apocalyptique avec Keira Knightley.

S'il reste avant tout un acteur de comédie, Steve Carrel surprend en se glissant dans la peau d'un angoissant milliardaire dans Foxcatcher et d'un gestionnaire de fonds spéculatifs dans The Big Short : Le Casse du siècle. A l'affiche du Woody Allen Café Society, l'acteur retrouve une nouvelle fois Emma Stone pour Battle of the Sexes où il campe un ancien numéro un mondial de tennis macho.