Ο Παύλος Καρβώνης αποφοίτησε από το τμήμα Ιστορίας, Αρχαιολογίας και Ιστορίας της τέχνης του Πανεπιστημίου Αθηνών το 1998 με ειδίκευση στην αρχαιολογία. Το 2000 ολοκλήρωσε το μεταπτυχιακό του στο Πανεπιστήμιο Paris X – Nanterre, ενώ το 2004 υποστήριξε τη διδακτορική του διατριβή στο ίδιο πανεπιστήμιο, υπό την εποπτεία του Bernard Holtzmann. Από το 2007 έως το 2023 εργάστηκε ως εξωτερικός συνεργάτης στο πρόγραμμα Tabula Imperii Romani της Ακαδημίας Αθηνών. Το 2022 εκλέχθηκε επίκουρος καθηγητής στο τμήμα Ιστορίας και Αρχαιολογίας του Α.Π.Θ.

Λαμβάνει μέρος σε διάφορα ερευνητικά προγράμματα της Γαλλικής Αρχαιολογικής Σχολής στη Δήλο, όπου έχει την ευθύνη της δημοσίευσης των εμπορικών κτηρίων της δυτικής ακτής. Έχει οργανώσει και επιβλέψει εργασίες συντήρησης των τοίχων των ιδιωτικών κτηρίων της Δήλου, στα πλαίσια της συνεργασίας μεταξύ της Γαλλικής Αρχαιολογικής Σχολής και της Εφορείας Αρχαιοτήτων Κυκλάδων.