Figlio dello scrittore Domenico Carbone e di Camilla Lessona e nipote di Michele Lessona, studiò nelle università di Torino, Pavia, Firenze e al Collegio delle Province, laureandosi nell'ateneo torinese il 21 luglio 1886 in medicina e chirurgia. Dopo la laurea, si recò a Tortona durante un'epidemia di colera e poi prestò servizio nelle prigioni sotto la guida di Cesare Lombroso. Interessatosi alla ricerca scientifica, frequentò il laboratorio di Giulio Bizzozero e nel 1888 divenne assistente dell'istituto di anatomia patologica diretto da Pio Foà a Torino. Nel 1891 decise di lasciare il laboratorio per accettare la direzione del laboratorio fisiopatologico dell'ospedale mauriziano Umberto I di Torino e nel 1892 ottenne la libera docenza in anatomia patologica. Nel 1896 abbandonò la posizione di direttore del laboratorio fisiopatologico per partire alla volta di Buenos Aires, imbarcandosi come medico di bordo, ma rimasto deluso dall'esperienza sudamericana tornò immediatamente in Italia, entrando all'Istituto sieroterapico milanese al fianco di Serafino Belfanti.