1859/1860 yıllarında memleketi alanında bir mühendislik adayı olarak saha ölçümü ve demiryolu inşaatı işlerine katıldıktan sonra, 1860 yılında Berlin'deki Kraliyet Yapı Akademisi'nde çalışmaya başladı. Bununla birlikte, kronik akciğer hastalığı yakında onu üniversiteden ayrılmaya zorladı. Daha sonra kardeşi Franz'ın tavsiyesi üzerine Sisam'a gitti. Orada Samos adasının Osmanlı idaresi için inşaat mühendisi olarak çalıştı ve Carl'ı rekreasyon için adaya getirdi, burada Berlin profesörü Strack ile işbirliği içinde Heraion'un bazı bölümlerini kazdı. Başlangıçta Smyrna (İzmir) ve İstanbul'daki inşaat sözleşmeleri nedeniyle sadece geçici olarak planlanan doğuda kalışını uzattı ve sonunda Türkiye'de kalmaya karar verdi. İstanbul'da 1864-1866 yılları arasında Osmanlı İmparatorluğu'nda karayolu ve demiryolu hatları için uygun alanları belirlemek için çalıştığı büyük vezir Fuad Paşa ile tanıştı.Bergama Sunağı'nın Temelleri
Seyahatleri onu ilk kez Bergama'ya (Pergamon) götürdü ve burada Pergamon Sunağı'nın gigantomachisinin ilk kabartma plakasını gördü. Pergamon Kalesi'ndeki kireç fırınlarında mermer blokların tahrip olmasını önlemek için Fuad Paşa'daki etkisini kullandı. 1867'de kardeşi Franz, Sultan tarafından karayolları inşa etmek üzere görevlendirildi. Carl ve kardeşi Wilhelm de eski Bergama'ya ilgi duyan Carl'ın önlemlerin merkezini Bergama'ya taşımayı başardıkları bu projede yer aldılar.
Takip eden dönemde, Carl Humann başlangıçta boşuna Berlin eski eserler koleksiyonunun yöneticisi Ernst Curtius'u Pergamon'da kazmaya ikna etmeye çalıştı, 1877'den beri Berlin'deki heykel galerisinin direktörü olan antik eserleri gönderdi ve sonunda bir tane buldu Müttefikleri projesi için. Bununla birlikte, başlangıçta sadece Pergamon sunağının gigantomachy frizinin diğer kısımlarını bulmayı amaçlayan Pergamon kalesinde kazılar yapmayı kabul etti. Sonunda kentin edebi büyük sunaklarıyla kabartmalar belirlendiğinde ve bu binanın temelleri ortaya çıktığında, proje Alman Kültür Bakanlığı ve Prusya Veliaht Prensi'nden daha fazla fon aldı. 1886'ya kadar tiyatro, Traianeum, Attalidlerin saray kompleksleri ve Athena kutsal alanı Pergamon Sunağı'nın yanı sıra Oberburg'daki Humann önderliğinde ortaya çıkarıldı. Şehir dışındaki önemli Asklepios mabedini keşfeden de Humann'dı.
Carl Humann'ın Küçük Asya'nın arkeolojik keşfine katkıları, bugün kamuoyunu algılayan Pergamon'un ve Pergamon Sunağı'nın keşfinin ötesine geçiyor. Ayrıca Richard Bohn ile Pergamon yakınlarındaki Aigai şehrini inceledi, Hierapolis'in (Pamukkale) nekropollerini araştırdı. 1883 yılında Kraliyet Prusya Bilimler Akademisi adına Humann, Kommagene antik krallığının topraklarında Otto Puchstein ile yola çıktı. Orada sadece Nemrud Dağı'ndaki kommagen kral Antiochos I'in yakın zamanda keşfedilen mezar tapınağını ziyaret etmediler, aynı zamanda bölgedeki Gerger, Karakuş, Sesönk ve Samosata gibi diğer yerlere de yazıtlar ve arkeolojik kanıtlar kaydettiler. Sonuçları bugüne kadar çok ilgi gören “Küçük Asya ve Kuzey Suriye'ye Seyahat” monografında yayınlanan bu keşif, arkeolojik araştırmaların bu manzaraya başladığını gösteriyor.
Humann, 1873'ten ölümüne kadar Smyrna'da yaşadı. Aynı yıl dört çocuğu olduğu Louise Werwer ile evlendi. Türk kültürüne son derece bağlı olduğunu hissetti ve oradaki arkadaşları ile yakın ilişkilerini sürdürdü. 12 Nisan 1896'da fiziksel olarak zayıf olan Carl Humann, 57 yaşında öldü ve evi olarak gördüğü Smyrna'ya gömüldü. 1967 yılında İzmir'deki Katolik mezarlığı kapatıldıktan sonra kalıntıları Bergama'ya nakledildi ve üst agora üzerinde granit bir levha altına gömüldü.
Carl Humann, hayatı boyunca çeşitli bilimsel başarılarından dolayı onurlandırıldı. 1879'da Alman Arkeoloji Enstitüsü'ne tam üye olarak atandı, 1880'de Greifswald Üniversitesi Felsefe Fakültesi tarafından fahri doktora verildi ve 1890'da memleketi Steele'nin fahri vatandaşı seçildi. Ölümünden sonra daha fazla onursal ödül aldı. Steele'de (şimdi Essen'in bir bölgesi), 1935'te bir lise seçildi ve ailesinin bulunduğu Kaiser-Otto-Platz'da portresiyle bir büstü bulunabilir. Bu portre, Berlin'deki Pergamon Müzesi'nde Adolf Brütt tarafından yaratılan bir portre baskısına geri dönüyor. Ayrıca Berlin'de Brenzlauer-Berg'de Carl Humann ilkokulu ve Humannplatz var.