Malgré les échecs qu'elle rencontre, Mariah Carey travaille d'arrache-pied en 2004 pour réaliser son nouvel album. C'est en collaboration avec les plus grands noms du R&B et du rap américain (Jermaine Dupri, The Neptunes, Snoop Dogg, Pharell Williams, Kanye West, ...) qu'elle achève un album concept, le plus travaillé de toute sa carrière - selon ses dires - après son premier album éponyme. The Emancipation of Mimi, sorti le 12 avril 2005, est annoncé comme « Le retour de LA Voix » (The return of THE Voice) par les médias américains, acclamant le dernier album de Mariah Carey comme étant son grand retour sur la scène internationale après les échecs commerciaux de Glitter et de Charmbracelet. La réapparition de Mariah Carey après plus d'une année d'absence complète des projecteurs, ainsi que la qualité de ses performances vocales lors du Charmbracelet Tour, lui permettent d'être fortement plébiscitée par le public. Ainsi Mimi débute à la première place des ventes d'albums aux États-Unis[4] la première semaine avec des ventes de plus de 404 000 exemplaires (le meilleur chiffre de ventes de Mariah Carey en carrière pour une première semaine) et son album devient le plus vendu aux États-Unis au cours de l'année 2005[9] en devenant sept fois disque de platine.
Le premier single issu de l'album est It's Like That. Le titre, sorti quasiment partout dans le monde, devient no 1 au Japon, en Israël, en Croatie, à Taïwan, à Hong-Kong et aux Philippines. Mais c'est avec le deuxième single de l'album, We Belong Together, que la chanteuse signe sans conteste son retour. Bénéficiant d'une large diffusion au sein des radios américaines, il devient le 16e single de Mariah Carey à atteindre la première place du Hot 100[5] (son premier depuis Thank God I Found You sorti en 2000). Cette chanson est devenue la plus diffusée de l'histoire de la musique américaine (battant le record accompli par Mario et son titre « Let Me Love You » sorti quelques mois plus tôt). Avec le succès de son album et de ses singles, Mariah Carey décide de se faire plaisir en sortant la chanson qu'elle préfère sur ''The Emancipation of Mimi : Shake It Off. Ce titre - qui ne sort qu'aux États-Unis et dans les pays anglophones - cartonne : il atteint la 2e place aux États-Unis[5] juste derrière We Belong Together faisant de Mariah Carey la première artiste à classer deux titres au sommet des charts américains en même temps. Son 4e single Don't Forget About Us ne dément pas le retour de Mariah Carey et devient sa 17e chanson à être no 1 aux États-Unis et au Brésil[5]. Ce titre apparaît sur la réédition de The Emancipation of Mimi, sortie le 15 novembre aux États-Unis et qui comporte quatre titres bonus. En 2006, elle tourne le clip de say something à Paris.
La chanteuse reçoit une trentaine de récompenses pour cet opus. C'est incontestablement un retour au sommet pour celle que tous pensaient sur le déclin. De plus, Mimi s'engage dans la foulée dans une nouvelle tournée baptisée : « The Adventures of Mimi : The Voice, The Hits, The Tour » qui débute en Tunisie le 22 juillet 2006, visitant ainsi pour la première fois le continent africain. La diva régnant à nouveau sur l'industrie du disque, le monde de la publicité lui offre (de nouveau) de gros contrats : c'est ainsi que Mariah Carey participe à une publicité pour la marque Intel et qu'elle devient la nouvelle égérie de Pepsi et Gillette Venus (Mariah Carey s'est d'ailleurs vu remettre le prix « Legs of Goddess » à traduire par « Jambes de Déesses » à New York). La belle aussi crée une vingtaine de sonneries pour téléphones à la demande la marque Motorola. Ensuite Mariah Carey devient la nouvelle égérie de la marque italienne Pinko[10], qui a notamment compté dans ses rangs Naomi Campbell et Eva Herzigova. En août 2006, Def Jam a rapporté que l'album « The Emancipation of Mimi » s'était écoulé à près de 10 millions d'exemplaires dans le monde[7],[6].
Elle prépare son grand retour au cinéma dans un film nommé Tennessee dont le tournage s'est terminé en mars 2007. En août 2007 est commercialisé aux États-Unis son parfum M By Mariah Carey, et dès septembre celui-ci est lancé avec succès dans le monde entier. La fin de l'année 2007 est chargée pour la diva : elle se consacre au tournage d'un nouveau film (dans lequel elle interprète son propre rôle) intitulé You Don't Mess with the Zohan, mais aussi à la préparation d'un nouvel album (produit par Jermaine Dupri), qui se nomme E=MC² prévu initialement pour le mois de novembre 2007, puis repoussé au 15 avril 2008. Le premier single extrait de l'album est Touch My Body.
Aux États-Unis, l'ensemble des albums de Mariah Carey est certifié à hauteur de 62,5 millions[11]. En 2003, d'après les World Music Award, elle avait vendu plus de 155 millions d'albums. Enfin, Mariah Carey a fini de travailler sur le film Tennessee. Quant au double DVD de sa tournée de 2006 - « The Adventures of Mimi Tour » -, il est sorti en novembre 2007 en France. En 2008, ses ventes d'albums sont certifiées à 165 millions d'exemplaires sans le comptage des ventes de singles.
Mariah Carey en 2008 avec T-Pain interprétant le tube "Migrate"
Après près de 3 ans d'absence, Mariah Carey sort enfin sont nouvel album intitulé E=MC². L'album très hétéroclite, remporte un énorme succès aux USA, avec dès la semaine de sa sortie 463 000 ventes[12], devenant ainsi le 6e album de Mariah Carey no 1 aux Billboard 200[4] et y restera 2 semaines. Le 1er single Touch My Body, sera lui aussi no 1[5] pendant 2 semaines. Mariah Carey s'est lancée dans une tournée promotionnelle aux USA (Las Vegas, New York), en Europe (France, Allemagne, Angleterre) au Japon et en Chine. Elle devrait aussi allé prochainement encore en Europe en Angleterre, à Londres et en France, à Monaco.
Le 30 avril 2008[13], Mariah Carey s'est mariée, aux Bahamas, avec l'acteur et musicien Nick Cannon de 10 ans son cadet.