В 1959 году Карпентер, уроженец Колорадо, был отобран в первую семерку астронавтов США. В мае 1962 года он стал вторым астронавтом, совершившим орбитальный космический полет на одноместном корабле серии "Меркурий", и четвертым американцем в космосе.
Полет продолжался 4 часа 56 минут. Корабль совершил три витка вокруг Земли и приводнился в Атлантическом океане, недалеко от Пуэрто-Рико, — в 400 км от расчетной точки.
Карпентеру пришлось несколько часов ждать прибытия спасателей. Этот полет в космос стал для астронавта единственным. В NASA были не очень довольны тем, как он его провел, и он был отстранен от подготовки к следующим экспедициям.
В дальнейшем Карпентер участвовал в разработке лунного модуля по программе "Аполлон". Он также принимал активное участие в подводных экспериментах военно-морских сил США.
В августе 1965 года бывший астронавт провел 30 дней в подводной лаборатории, на глубине 60 м. Находясь под водой, Карпентер провел телефонный разговор с астронавтами Гордоном Купером и Чарльзом Конрадом, которые в это время находились в космосе, на корабле "Джемини V".
В 1967 году Карпентер покинул NASA и продолжил заниматься экспериментами под водой в рядах ВМС США. В 1969 года он уволился с воинской службы.
Карпентер также сотрудничал с известным французским исследователем моря Жаком-Ивом Кусто. Астронавт погружался во все океаны, в том числе Северный Ледовитый.
Карпентер написал два романа и автобиографию. Астронавт был три раза женат, у него остались семеро детей.
Со смертью Карпентера в живых остался только один из "семерки" первых американских астронавтов — Джон Гленн, которому в настоящее время 92 года. Гленн был первым американцем, совершившим орбитальный полет в феврале 1962 года. Впоследствии он стал сенатором от штата Огайо.