Fondée en 1898, reconnue d'utilité publique en 1928, l'association amicale des anciens élèves du lycée carnot a son siège social au lycée et est aujourd'hui encore le centre de relations amicales qu'ont voulu ses fondateurs.
L'annuaire, le bulletin "Dans le Hall" et le diner annuel traditionnel entretiennent le souvenir des années de scolarité et permettent aux anciens de se retrouver. L'association manifeste aussi, a chaque fois qu'elle le peut sa sympathie active aux élèves du lycée.
Nombre d'anciens appartiennent ou ont appartenu aux grands corps de l'Etat, comme Robert Badinter Jacques Chirac ou Maurice Couve de Murville. L'Institut , l'Université, le Collège de France, la Comédie Française, l'Institut Pasteur, les Arts, les Lettres, Prix Nobel, Prix Goncourt, partout l'on trouve de grands anciens de Carnot, tels Bernard Buffet, Jacques Chabannes, Jean Hamburger, Francois Jacob (Prix Nobel de médecine), Jacques Laurent (dit Cécil St Laurent: Caroline Chérie etc...), académicien, Robert Manuel, Comédien et ancien administrateur de la Comédie Française, André Pieyre de Mandiargues, René Rémond (historien, membre de l'Académie Française), Jean-Pierre Vernant (Professeur au Collège de France), Pierre Rémond (ancien maire du XVII^ème arrondissement de Paris), Francis Huster, Jacques Weber, Jean Effel, Gabriel Marcel, Louis Pauwels et Claude Imber.
Déjà en 1913, Edmon Rostand, auteur de Cyrano de Bergerac, était membre d'honneur de l'association et dans un passé plus ou moins récent, Louis Aragon, l'amiral Auboyneau, Jacques et Louis Bréguet, Géo Chavez, Gilbert Cesbron (Il est minuit docteur Schweitzer), Pierre-Etienne Flandin, Félix Gaillard, Yvon Bourges, Lecomte du Noüy, Merle d'Aubigné, André François-Poncet (ancien ambassadeur de France) ont été élèves au Lycée Carnot.
Enfin, de nombreux élèves et anciens élèves furent victimes des deux grandes guerres. parmi eux, il faut citer Guy Mocquet, fusillé en 1941 à l'age de 17 ans et Gilles de Souza abattu en 1944 à 22 ans. leurs 416 noms sont inscrits sur le monument aux morts érigé par les anciens élèves et le lycée dans la cour d'honneur en 1921.