Родился в городе Шадринск, Тобольская губерния, Российская Империя. Заслуженный артист РСФСР. Сын актера Александринского театра и провинциального гастролера Сергея Валериановича Карновича (псевдоним - Валуа), основателя артистической династии Карновичей-Валуа. В 1919 году окончил драматические курсы под руководством Владимира Николаевича Давыдова. Начиная с 1917 года, работал актёром во многих городских театрах страны, в том числе в Евпатории, Петрограде, Петрозаводске, Витебске, Смоленске, Брянске и других. В 1929 году становится актёром Ленинградского Малого драматического театра, а с 1930 года всю свою дальнейшую жизнь связывает с Большим драматическим театром. В 1936 году играл в Мурманском драмтеатре (филиале БДТ). В кино Карнович-Валуа начал сниматься ещё в 1930-е годы, но основная кинобиография артиста начинается с середины 1950-х годов. Чаще всего это были эпизоды - всевозможные начальники, аристократы, люди из высшего общества. Сын - заслуженный артист РСФСР Геннадий Сергеевич Карнович-Валуа (1920-1992), актёр Малого театра.