À sa sortie de l’ENA en 1979 (promotion « Michel de l’Hospital »), Jean-François Carenco est nommé conseiller au Tribunal administratif affecté à Marseille. Il est ensuite détaché comme directeur général du district de Montpellier entre 1985 et 1988, avant d’être secrétaire général adjoint pour les affaires économiques (1988-1990), puis secrétaire général de la Nouvelle-Calédonie (1990-1991).
Sous-préfet en 1991, il est secrétaire général de la préfecture des Yvelines (1991-1996). Nommé préfet de Saint-Pierre-et-Miquelon en 1996, il occupe successivement la fonction de préfet du Tarn-et-Garonne (1997-1999), puis préfet de la région Guadeloupe (1999-2002), et préfet de la Haute-Savoie (2002-2004). Il dirige ensuite le cabinet de Jean-Louis Borloo au ministère de l’Emploi, du Travail, de la Cohésion sociale et du Logement (2005-2006), avant d’être nommé préfet de la région Haute-Normandie, préfet de Seine-Maritime (2006-2007), puis préfet de la région Midi-Pyrénées, préfet de la Haute-Garonne (2007-2008).
À partir de 2008, il dirige le cabinet de Jean-Louis Borloo, ministre d’État de l’Écologie, de l’Énergie, du Développement durable et de l’Aménagement du Territoire jusqu’en 2009. Toujours directeur de cabinet du ministre d’État de l’Écologie, de l’Énergie, du développement durable et de la Mer jusqu’en 2010, il est notamment chargé des négociations sur le climat.
En 2010, il est nommé préfet de la région Rhône-Alpes, préfet du Rhône. Il est parallèlement chargé, en octobre 2013, de la mission « Pack deuxième chance » pour lutter contre la délinquance par le ministre délégué à la Ville. En 2015, il est nommé préfet de la région île-de-France, préfet de Paris.
Il a été nommé président de la CRE par décret du président de la République le 16 février 2017.
