Paolo Carignani wurde in Mailand geboren, wo er am Konservatorium Giuseppe Verdi Komposition, Orgel und Klavier studierte. Seine Ausbildung als Dirigent erhielt er anschließend bei Alceo Galliera.
Gastengagements führten den Dirigenten seither an viele italienischen Opernhäusern und an renommierte internationalen Bühnen wie der Metropolitan Opera in New York, dem Teatro alla Scala in Mailand, dem Gran Teatre de Liceu in Barcelona, dem Concertgebouw in Amsterdam, dem Royal Opera House in London, der Opera Bastille in Paris, am Bolschoi-Theater in Moskau, an den Staatsopern in Wien, Berlin, Hamburg und München, in Tokio, Oslo, Brüssel, Antwerpen, Toronto und Zürich, bei den Salzburger Festspielen, dem Glyndebourne Festival, den Bregenzer Festspielen und bei dem Rossini Opera Festival in Pesaro.
Schwerpunkt seines Schaffens ist das große italienischen Repertoire, von Mozart über Belcanto bis hin zu Verdi und dem Verismo. Außerdem spielte er Ur- und Erstaufführungen selten gespielter Opern für große Labels wie NAXOS und DECCA auf CD und DVD ein.
Seine rege Konzerttätigkeit führt ihn zudem vermehrt nach Japan, aber auch zu Zusammenarbeiten mit den Münchner Philharmonikern, dem Detroit Symphony Orchestra, dem Orchester des NDR, WDR und ORF, dem RAI National Orchestra von Turin, dem Nederlands Radio Symphony Orchestra oder dem Detroit Symphony Orchestra.
Von 1999 bis 2008 war Paolo Carignani Generalmusikdirektor der Oper Frankfurt.
Seit 2021 ist er Erster Gastdirigent der Königlich Dänischen Oper und Kapelle in Kopenhagen, wo er zuletzt u. a. Aida dirigierte.