Джо Карнахан родился в Делавэре, вырос в Детройте, штат Мичиган и Фэрфилде, штат Калифорния. В середине 1990-х годов работал в рекламном отделе телеканала KMAX-TV в Сакраменто, занимался производством короткометражных фильмов, таких как «Wired to Blow», «Gunpoint», а также «For Sale By Owner».
В 1998 году Карнахан получил почитание и несколько признаний критиков за фильм «Кровь, наглость, пули и бензин», премьера которого состоялась в сентябре 1997 года на «New York’s Independent Feature Film Market», а затем в 1998 году на кинофестивале «Сандэнс».
В 2002 году он выпустил фильм-триллер «Наркобарон» с Рэйем Лиоттой и Джейсоном Патриком в главных ролях, съёмки которого проводились в Детройте. Карнахан был назначен продюсером фильма «Миссия невыполнима 3», производства Тома Круза и Пола Вагнера (который также был исполнительным продюсером фильма «Наркобарон»), однако впоследствии он оставил производство из-за расхождения во взглядах на характер фильма. В октябре 2005 года было объявлено, что Карнахан будет снимать фильм, основанный на жизни осужденного торговца наркотиками Уилла Райта, но проект был заброшен.
Его следующий фильм, «Козырные тузы», был произведён в 2006 году и выпущен в январе 2007 года. Является соавтором сценария фильма «Гордость и слава», премьера которого состоялась в 2008 году с отставанием от заявленной даты почти на год.
Карнахан также участвовал в съёмках кинематографической адаптации романа Джеймса Эллроя «Белый джаз» с Джорджем Клуни в главной роли, позже актёр отказался от участия в производстве фильма. В 2010 году Карнахан и его друг Брайан Блум были наняты компанией Fox для восстановления производства их давнего проекта «Команда-А», основаного на популярном одноименном телесериале 80-х годов. В планах Карнахана — съёмки триллера «The Grey» с Брэдли Купером и Лиамом Нисоном в главных ролях. Фильм будет адаптацией комикса Гарта Энниса «Проповедник».