คาร์เบนิซิลลิน ดิโซเดียม ใช้เป็นยาปฏิชีวนะในการรักษาการติดเชื้อที่เกิดจากแบคทีเรียที่ไวต่อยา โดยเฉพาะ Pseudomonas aeruginosa และ Proteus species มีประสิทธิภาพในการจัดการการติดเชื้อในระบบทางเดินปัสสาวะ ระบบทางเดินหายใจ ภาวะติดเชื้อในกระแสเลือด (septicemia) และการติดเชื้อในช่องท้อง ในห้องปฏิบัติการ มักใช้เป็นสารเลือกในอาหารเลี้ยงเซลล์เพื่อป้องกันการปนเปื้อนจากแบคทีเรีย นอกจากนี้ ยังใช้ในงานวิจัยชีวโมเลกุลสำหรับการคัดเลือกและบำรุงรักษาออร์แกนิซึมที่ดัดแปลงพันธุกรรมซึ่งมีเครื่องหมายดื้อยา กิจกรรมต้านจุลินทรีย์แบบ broad-spectrum ทำให้เป็นเครื่องมือที่มีค่าทั้งในด้านคลินิกและการวิจัย คาร์เบนิซิลลิน ดิโซเดียม มักใช้ในรูปแบบฉีดเพื่อให้ยาออกฤทธิ์ได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูง โดยเฉพาะในการติดเชื้อรุนแรงจากการผ่าตัดหรือการบาดเจ็บ