Après des études de lettres à la Sorbonne, elle débute comme actrice au théâtre et au cinéma. Son premier grand rôle remarquable est celui de Lucie dans le film "Ciboulette" (1978), qui lui vaut un César pour la meilleure actrice espoir.
En parallèle à sa carrière d'actrice, elle mène également une carrière de chanteuse. Elle sort son premier album en 1982, intitulé "Coup de cœur", qui connaît un grand succès. Son deuxième album, "Monique Carvalho" (1983), est lui aussi un énorme tube. Elle collabore également avec des musiciens comme Jacques Higelin et Richard Cocciante.
En 2004, elle fait son retour au cinéma dans le film "Un long dimanche de fiançailles" de Jean-Pierre Jeunet. Elle interprète également des rôles à la télévision, notamment dans les séries "Les hommes de l'ombre" (2011) et "Plus belle la vie" (depuis 2014).
En 2009, elle publie son autobiographie intitulée "Cette nuit-là ". Elle raconte sa vie personnelle et professionnelle, ainsi que ses combats pour l'égalité des sexes et la lutte contre le sida.
Monique Carvalho est également engagée dans de nombreuses causes caritatives. Elle a notamment créé une association humanitaire pour venir en aide aux enfants martiniquais et réunionnais. Elle est également mécène de l'association "Le Refuge", qui vient en aide aux femmes victimes de violences domestiques ou sexuelles.
Elle est titulaire de la Légion d'honneur, décorée par Jacques Chirac en 2001 pour ses services rendus à la France. Elle est également nommée chevalier de l'ordre national du Mérite en 2005.
Au fil des ans, Monique Carvalho a su imposer sa marque et demeure une figure emblématique de la chanson française.