Di Carmine ha iniziato la sua carriera nelle giovanili della Fiorentina, squadra con cui ha debuttato in Serie A nella stagione 2006/2007. L’anno seguente, al suo esordio in Coppa Uefa, ha segnato subito contro l’Elfsborg. Dopo una stagione trascorsa in Inghilterra con il Queens Park Rangers, durante la quale ha totalizzato 33 presenze e 3 gol tra Championship, EFL Cup e FA Cup, è tornato in Italia al Gallipoli, dove ha disputato 34 partite e segnato 2 reti in Serie B. L’anno successivo si è trasferito al Frosinone, con cui, nella stagione 2010/2011, è sceso in campo 16 volte e ha realizzato 1 gol. Nei due anni successivi ha giocato per il Cittadella, accumulando 79 presenze e 16 gol tra Serie B e Coppa Italia. Nelle due stagioni seguenti è stato protagonista con la Juve Stabia, dove ha collezionato 67 presenze e 21 reti tra campionato e coppa. Nella stagione 2015/2016 si è diviso tra Perugia e Virtus Entella, in Serie B, totalizzando 39 presenze e 6 gol. Nei due anni successivi è tornato a vestire la maglia del Perugia, scendendo in campo 75 volte e segnando 35 reti. Nella stagione 2018/2019 si è trasferito al Verona, contribuendo in modo decisivo alla vittoria dei playoff di Serie B con 12 gol in 29 presenze. L’anno seguente, in Serie A, ha segnato 8 gol in 22 partite con i veronesi. La stagione successiva si è diviso tra Hellas Verona e Crotone, sempre in Serie A. Nel 2021/2022 si è trasferito alla Cremonese, dove ha totalizzato 31 presenze e 5 gol in Serie B. L’anno successivo ha vestito nuovamente la maglia del Perugia, segnando 4 gol in 29 partite. Nell’ultima stagione ha giocato per il Catania, scendendo in campo 36 volte e segnando 10 gol, contribuendo alla conquista della Coppa Italia di Serie C.