Kembali sukses (2005-2008)

Mariah saat Adventures of Mimi Tour

Tahun 2005, Mariah Carey merilis album The Emancipation of Mimi yang bekerja sama dengan musisi seperti Jermaine Dupri, Kanye West, dan The Neptunes. Album ini ternyata sukses di pasaran dan menjadi salah satu albumnya yang paling sukses di sepanjang sejarah kariernya. Album ini juga menjadi album tersukses pada tahun 2005, membawakan kembali masa-masa kejayaan Mariah.

Mariah Carey di pesta perilisan album The Emancipation of Mimi.

Kritik-kritik positif diberikan dari berbagai pihak. Singel "We Belong Together" dan "Don't Forget About Us" menduduki peringkat satu di Billboard. "We Belong Together" menjadi salah satu singel yang dinyanyikan secara solo yang paling lama bertahan di posisi satu sepanjang sejarah Billboard yaitu 14 pekan^[11]. Bahkan dalam satu minggu ketika "We Belong Together" berada di posisi satu, singel "Shake It Off" dalam waktu yang bersamaan berada di posisi dua. Mariah menerima penghargaan Grammy Award untuk "Album R&B Kontemporer Terbaik", "Performa Vokal R&B Wanita Terbaik" , "Lagu R&B Terbaik" untuk "We Belong Together". Turnya yang berjudul The Adventure of Mimi menjadi turnya paling sukses sepanjang kariernya.
Tahun 2007, Mariah Carey merilis album selanjutnya yang berjudul E=MC². Nama album ini diambil dari rumus teori relativitas khusus Albert Einstein. Walaupun begitu, judul album ini tidak ada hubungannya dengan fisika. "E=MC²" disini berarti "Emancipation of Mimi untuk kekuatan yang kedua". Album ini sukses di pasaran dan menjadi album dengan penjualan tersukses dalam mingu pertama rilis sepanjang karier Mariah. Singel "Touch My Body" menduduki peringkat satu di Billboard. Dengan begitu Mariah kini memiliki 18 singel yang pernah menduduki peringkat 1. Mariah akhirnya menjadi penyanyi dengan jumlah singel nomor 1 di Amerika terbanyak kedua dan penyanyi solo dengan singel nomor 1 terbanyak. Mariah berada di posisi antar The Beatles diatas dan Elvis Presley di bawah. Singel "Bye Bye" sangat populer di Indonesia dan menjadi lagu yang paling sering diputar di radio-radio di Jakarta pada saat itu. Mariah menjadi penyanyi wanita kedua tersukses setelah Madonna. Walaupun begitu banyak kritik yang mengatakan bahwa album ini terlalu mirip dengan album yang sebelumnya.

Mariah Carey di Tribeca Film Festival untuk premiere film Tennessee.

Tahun 2008, Mariah Carey menikah dengan seorang aktor, komedian, rapper, dan presenter America's Got Talent, Nick Cannon yang usianya 11 tahun lebih muda dari Mariah. Mereka menikah di Kepulauan Bahama. Pada tahun yang sama, Mariah bermain dalam film You Don't Mess With Zohan. Mariah Carey bersama dengan Mary J. Blige, Beyonce, Rihanna, Fergie, Sheryl Crow, Melissa Etheridge, Miley Cyrus, Leona Lewis, Natasha Bedingfield, Carrie Underwood, LeAnn Rimes, Ashanti, Ciara, Keyshia Cole, dan Nicole Scherzinger menyanyikan singel amal "Just Stand Up!" untuk program amal melawan kanker. Mariah bermain dalam film Tennessee, dan dia banyak dipuji atas kualitas aktingnya yang semakin membaik.

Membintangi film dan merilis album lanjutan (2009-2010)

Tahun 2009, Mariah Carey tampil menyanyikan lagu "Hero" di Neighborhood Inaugural Ball dalam perayaan pelantikan Barrack Obama sebagai presiden kulit hitam pertama di Amerika Serikat pada tanggal 4 Januari. Pada tanggal 8 Juli pada tahun yang sama, Mariah Carey dan Trey Lorenz tampil menyanyikan lagu "I'll Be There" pada upacara kematian sang legendaris, Michael Jackson di Los Angeles. Mariah bermain dalam film Precious yang diangkat dari novel Push karya Sapphire. Dalam film ini, Mariah berperan sebagai seorang pekerja sosial yang berpenampilan sangat sederhana, berbeda sekali dengan penampilan Mariah biasanya. Film ini adalah salah satu film tersukses pada tahun 2009 dan menerima penghargaan di Sundance Film Festival dan Toronto Film Festival. Mariah sendiri menerima beberapa penghargaan atas aktingnya di film tersebut. Mariah merilis album kompilasi The Ballads yang berisi kumpulan lagu-lagu baladanya. Album ini dirilis ulang dengan judul LoveSongs.
Pada tahun yang sama, Mariah Carey merilis album Memoirs of An Imperfect Angel. Walaupun menerima banyak kritik positif, album ini ternyata tidak sesukses dua album sebelumnya. Singel "Obsessed" menempati posisi ke-7 dalam Chart Billboard Hot 100. Single ini adalah singel yang dibuat untuk menyerang pernyataan rapper Eminem yang mengaku bahwa ia pernah berpacaran dengan Mariah. Mariah menyangkal pernyataan ini dengan mengaku bahwa ia memang pernah dekat dengan Eminem, tetapi sama sekali tidak ada hubungan pacaran atau percintaan. Lagu Eminem "Bagpipes from Baghdad" dibuat oleh Eminem untuk meyerang Mariah dan Nick Cannon. Setelah dibalas oleh Mariah dalam "Obsessed", Eminem kembali membalas dengan mengeluarkan lagu "The Warning". Singel "I Want To Know What Love Is" tidak terlalu sukses di Amerika Serikat, namun mencetak rekor di chart Brazil dimana singel ini berada diposisi pertama selama 27 pekan^[12]. Mariah menyelenggarakan tur berjudul Angels Advocate Tour di Amerika Serikat dan Kanada.
Tahun 2010, Mariah Carey merilis singel "100%" untuk soundtrack AT&T Team USA untuk Olimpiade Musim Dingin Vancouver 2010. Mariah pernah mengumumkan akan merilis album remix untuk lagu-lagunya di "Memoirs of An Imperfect Angel". Album ini diberi nama Angels Advocate. Ternyata album ini dibatalkan. Sebagai gantinya, Mariah Carey merilis album natal keduanya yang berjudul Merry Christmas II You. Album ini sukses di pasaran dengan singelnya "Oh Santa!". Dalam album ini Mariah juga berkolaborasi dengan ibundanya sendiri, Patricia Carey, dalam singel "O Come All Ye Faithful". Pada tahun yang sama album kompilasi Playlist: The Very Best of Mariah Carey dirilis. Album ini berisi lagu-lagu favorit Mariah secara pribadi baik itu singel maupun bukan singel.