Отцом Помбала был Мануэл де Карвалью, дворянин и капитан кавалерии в отставке. После безвременной смерти отца за воспитание мальчика взялся его дядя, Паоло де Карвалью, профессор Коимбрского университета, обладавший большим влиянием в клерикальных кругах. Себастьян, однако, отказался от церковной карьеры, покинул стены университета и записался в армию, правда, выше чина капрала не поднялся.
Потеряв интерес к военному делу, Себастьян де Карвалью стал заниматься изучением истории и права, а в 34 года вступил в Королевскую академию португальской историографии. В 1733 году он женился на богатой вдове, графине Терезе Марии де Норонья, и обосновался в её поместье близ Коимбры. Там он продолжал свои учёные занятия, а также увлёкся сельским хозяйством.
По возвращении в Лиссабон в 1738 году он был представлен своим дядей Жуану да Мота, исполнявшему обязанности первого министра при короле Жуане V. Освободившись от обязательств в отношении жены после её смерти в 1739 году, Карвалью решил посвятить себя государственным делам и с готовностью принял назначение послом в Лондон.
Соединённое королевство исторически было главным внешнеполитическим союзником Португалии, поэтому посол в Лондоне имел больше возможностей отличиться, чем посланники в других европейских столицах. Основной заботой Карвалью было развитие англо-португальских торговых связей, он убеждал английских дельцов хоть раз посетить дружественный Лиссабон. Португалец был настолько впечатлён политическими и социальными достижениями британского капитализма, что решил привить их своим соотечественникам. Очевидно, тогда у него и возникла программа модернизации феодально-клерикального по сути португальского общества.
В 1745 году Карвалью был переведён королём из Лондона в Вену, где ему пришлось выступить посредником в запутанном споре между императрицей Марией Терезией и Святым Престолом. Эта миссия увенчалась полным успехом и прославила португальского дипломата на всю Европу. В декабре 1745 года он вступил в брак с дочерью знаменитого фельдмаршала Леопольда Йозефа Дауна, графиней фон Даун; в 1756 году у четы родилась дочь.
Получив весть о тяжёлом состоянии здоровья короля, Карвалью в 1749 году подал прошение об отставке, ссылаясь на болезнетворность восточноевропейского климата, и спешно вернулся в Лиссабон. Жуан принял Карвалью с прохладцей. Он оставался в тени до августа 1750 года, когда после смерти монарха его вдова призвала отставного дипломата ко двору и ввела его в состав королевского совета. Будучи фаворитом государыни, при коронации её сына Жозе I он получил министерский портфель и за короткое время сумел сосредоточить в своих руках все нити государственного управления.
Маркиз Помбал развернул невиданные в истории Португалии реформы. В области экономики он был сторонником протекционизма: осыпая привилегиями португальские мануфактуры и торговые компании, он наложил запрет на экспорт необработанного сырья, что привело к становлению национального производства шёлка, стекла и керамики. По образцу Ост-Индской компании он основал торговое предприятие для ведения коммерческих дел на Востоке и ещё одно для развития бразильской торговли.
1 ноября 1755 года Португалия содрогнулась от землетрясения, самого страшного в истории XVIII века. Две трети Лиссабона лежали в руинах. Помбал объявил всеобщую мобилизацию, раздал населению продовольственные запасы из военных складов и развернул повсюду полевые госпитали и временные палатки. На другой день после землетрясения он уже разрабатывал планы восстановления страны. Под его руководством дряхлый средневековый Лиссабон был превращён в одну из самых современных и элегантных столиц Европы, а излюбленная португальскими строителями разновидность барокко вошла в историю архитектуры под названием помбалевского стиля.
Решительные действия Помбала укрепили его международный престиж и усилили уважение к нему молодого короля. Соответственно росло сопротивление его реформам со стороны высшей аристократии и влиятельного Общества Иисуса. После неудачного покушения на жизнь короля (3 сентября 1758 года), в котором многие видели происки иезуитов, Помбал добился их изгнания из страны. Одновременно последовала жестокая расправа, без суда и следствия, над его главнейшими врагами — семейством Тавора и герцогом де Авейру.
После разоблачения «иезуитского заговора» (который был, как думают историки, сфабрикован) власть Карвалью стала абсолютной. Он был пожалован титулом сначала графа, а потом и маркиза де Помбала (этим городом он теперь владел). Среди проведённых им преобразований — обмирщение общественной и культурной жизни, частичная секуляризация монастырских владений, открытие более восьмисот светских школ. Выступления несогласных с политикой первого министра подавлялись жестокими репрессиями.
Однако Помбал не учёл одного — его власть держалась на безоговорочной поддержке со стороны короля Жозе. Сразу после его смерти в 1777 года унаследовавшая престол королева Мария распорядилась освободить политических узников. В адрес Помбала посыпались обвинения во всевозможных злоупотреблениях. С октября 1779 по январь 1780 года он находился под судом, который приговорил его к смертной казни. Королева заменила её пожизненным изгнанием из столицы, но почти все его реформы были отменены.
Очень существенным был вклад маркиза де Помбала в развитие португальского языка, так как маркиз узаконил его позиции на территории крупнейшей колонии Бразилии. В 1758 году маркиз наконец сделал португальский язык единственным официальным языком Бразилии, вытеснив таким образом бытовавший до этого креолизированный пиджин лингва-жерал и другие индейские языки. К началу XIX века Бразилия становится крупнейшей португалоязычной страной планеты, занимая это положение и по сей день (См. Португальский язык в Бразилии).