Il fut l'un des artistes les plus prolifiques du siècle et connut les plus grands succès sous le Second Empire, bénéficiant du soutien personnel de Napoléon III. Son œuvre a été grandement influencée par le style de la Renaissance italienne et par celui du XVIIIe siècle, qu’il contribua à remettre au goût du jour.

Carrier-Belleuse a fortement contribué à l’amélioration des arts décoratifs et industriels. De son atelier du 15 rue de la Tour d'Auvergne à Paris dans lequel ont travaillé un grand nombre d’artistes parmi lesquels figure Auguste Rodin, est sortie une quantité prodigieuse de statuettes décoratives.

Carrier-Belleuse fut, vers la fin de sa vie, directeur des travaux d’art de la Manufacture de Sèvres. Son passage fut marqué par le renouvellement des collections et la modernisation du style.

Ses fils Louis Robert et Pierre Carrier-Belleuse se sont également illustrés dans le domaine des arts.