Eugénio dos Santos e Carvalho nasceu em março de 1711 na casa dos Carvalhos, na Rua Direita da freguesia de Nossa Senhora dos Prazeres, Aljubarrota, no seio de uma família de pedreiros de Mortágua. Seu pai, António dos Santos e Carvalho, fora pedreiro e mestre de riscar obras e seu avô paterno, António de Carvalho, fora pedreiro. A mãe, Francisca Maria, era natural de Aljubarrota.
Foi aluno na “Aula de Fortificação e de Arquitectura Militar” onde entrou em 1735, mas já no ano seguinte estava a trabalhar nas fortificações de Estremoz, onde foi responsável pelas obras do Paiol de Santa Bárbara, Paço e Armazéns. Posteriormente foi responsável pelas fortificações da Marinha e trabalhou na construção do Hospital das Caldas da Rainha, dirigidas por Manuel da Maia.
Em 1750 foi nomeado inspector das obras da Corte, entre as quais as obras dos paços da Ribeira e dos outros paços reais e arquitecto do Senado de Lisboa.
Entre muitas outras obras, Eugénio dos Santos e Carvalho traçou o plano de recuperação da capital, dirigiu, com Carlos Mardel, as obras do Mosteiro de São Bento da Saúde (actual Assembleia da República), riscou os novos planos dos edifícios da Alfândega, do Arsenal, da Fábrica do Tabaco e da Ribeira das Naus, o Palácio do Grilo nas margens do Tejo e compôs o anteprojecto da estátua de D. José I a construir no Terreiro do Paço, em Lisboa, da autoria do escultorJoaquim Machado de Castro. No Porto, projectou a Cadeia e Tribunal da Relação, porventura uma das mais singulares obras do período dos Almadas.
Eugénio dos Santos e Carvalho casou com D. Francisca Teresa de Jesus da Costa Negreiros em 28 de outubro de 1747, descendente de uma influente família de arquitectos da corte, filha de Manuel da Costa Negreiros e Teresa Maria de Jesus.