В 16 в. до н. э. по приказу фараона Тутмоса I выдающийся зодчий Инени украшает новое святилище гигантскими обелисками и колоссальными статуями, изображающими царя в образе бога Осириса. Барельефы на внутренних и наружных стенах изображают фараона при совершении ритуальных действий. Эту строительную программу продолжила дочь Тутмоса I — царица Хатшепсут. Перестройкой и расширением Карнака лично руководили зодчие Хапусенеб и Сененмут — «начальники всех работ» царицы, создавая новый храм, называвшийся «Хатшепсут божественна в памятниках». Из красного песчаника построили новое помещение для священной ладьи бога, отделанное изящными рельефами, неподалеку от которого были воздвигнуты два обелиска из красного асуанского гранита, высотой 30 м каждый. Гранитные колоссы были покрыты золотом и электрумом.

Преемник царицы фараон Тутмос III построил в Карнаке большой юбилейный храм Ахменну — «Блистательный памятниками». Судя по одной из надписей, посвященных сооружению храма, фараон лично участвовал в создании плана сооружения. Колонны храма, уникальные по своей форме, имитируют собой тонкие расписанные столбы царского паланкина, под сенью которого совершался ритуал обновления жизненных сил царя. У входа в зал Тутмоса III, в небольшом помещении, расположенном в юго-западной части Ахменну, была найдена знаменитая стела Карнака, представляющая Тутмоса III в момент принесения жертв в честь 62 своих предшественников. Это так называемый «Царский список Карнака» — перечень всех царей-предков Тутмоса III. Оригинал находится в парижском Лувре. На барельефах фараон изображен во время охоты и атлетических соревнований.

Неподалеку находится и знаменитый «Ботанический сад» — одно из боковых помещений, на стенах которого были изображены сотни различных животных и растений, обитавших как в долине Нила, так и в Сирии-Палестине, где Тутмос III провел многие годы своей жизни, захватывая вражеские города и земли. Хотя сохранилась только небольшая нижняя часть этого строения, но и на ней видны любопытные изображения растений и животных, которых Тутмос привез в Египет из Сирии в дар Амону.

В центральной части храма Амона при Тутмосе III был также возведен знаменитый «Зал анналов», на стены которого были перенесены рассказы о военных подвигах царя в чужеземных странах, первоначально записанные на кожаных свитках личным летописцем фараона, вельможей Чанини, сопровождавшего своего повелителя во всех его походах. В центре «Зала анналов» установлены два высоких геральдических столба с изображениями папируса и лилии, священных растений Нижнего и Верхнего Египта.

В северной части Карнакского комплекса в память о своих победах в Азии Тутмос III возвел особый храм, посвященный так называемой мемфисской триаде — львиноголовой богине войны Сехмет (Сохмет), ее супругу «прекрасноликому» Птаху (Пта) и их «лотосоподобному» сыну Нефертуму. В темном святилище храма и до сих пор стоит культовая статуя Сехмет чуть выше человеческого роста, увенчанная массивным солнечным диском. В руках богини — скипетр-папирус уадж, символ вечной молодости, и анх, символ вечной жизни. Солнечный луч, попадая в святилище через специальное отверстие в потолке, касается кажущегося невероятно живым, и в то же время гранитного львиного лика богини. Богиня-львица Сехмет очень часто отождествлялась с фиванской Мут, также иногда изображавшейся львиноголовой. От когда-то величественного храма супруги Амона-Ра, сооружениями в котором гордились многие великие властители эпохи Нового царства, остались лишь заросшие тростником и пальмами развалины, груды камней с рельефами.

На юге Карнака на берегах почти пересохшего подковообразного озера Ишеру, обрамлявшего в древности территорию комплекса Мут, и сегодня высятся десятки разбитых гранитных статуй Сехмет. Более 700 статуй этой грозной богини были воздвигнуты вокруг нового храма Мут Аменхотепом III, чтобы дочь Солнца отозвала от Египта свои болезнетворные стрелы и в стране воцарилась гармония. Аменхотеп III пожертвовал новый храм и сыну Амона и Мут — лунному Хонсу, а также укрепил берега огромного Священного озера, расположенного на территории комплекса Амона, и водрузил рядом с ним гигантского каменного скарабея, воплощение бога Хепри — созидательного утреннего солнца. В Священном озере жрецы четыре раза в день совершали ритуальные омовения.

С 13 в. до н. э. началась новая эпоха необычайного расцвета Карнака. При Сети I, втором царе XIX династии и его сыне — Рамсесе II, в храме Амона был воздвигнут грандиозный гипостильный (колонный) зал (конец 14 — начало 13 вв. до н. э.), 103 м в ширину и 52 м в глубину, который насчитывает 144 колонны. 12 колонн среднего прохода высотой в 19, 5 м, с капителями в виде раскрытых цветов папируса. Более низкие колонны боковых проходов выполнены в виде связок нераспустившихся стеблей этого растения. Стволы колонн были покрыты великолепными рельефами общей площадью 24, 282 тыс. м2 и отделаны листовым золотом. От золота не осталось и следа, а потускневшие краски сохранились лишь на некоторых капителях колонн. Сотни тысяч иероглифов, прославляющие царские деяния, покрывают эти колонны.

Строительство в Карнаке продолжалось и в последовавшие за падением Нового царства века смут, гражданских войн и иноземных нашествий. Цари-чужеземцы считали украшение главного святилища страны своей первостепенной обязанностью, данью уважения к величию Египта, на престоле которого они оказались. В 1 тыс. до н. э. в Карнаке были возведены небольшие святилища Осириса.

В 4 в. до н. э., во времена правления XXX династии, Карнак переживал последний период своего расцвета. Была расширена древняя пристань на берегу искусственного озера, соединенного с Нилом. От нее аллея овноголовых ведет к массиву гигантского первого пилона, воздвигнутого по приказу Нектанеба I, но незавершенного ввиду нехватки средств и сил. В открывающемся за пилоном Нектанеба первом дворе храма встречаются эпохи, события и цари: гигантский колосс Рамсеса II, изображенного вместе со своей дочерью-супругой Бентанат стоит здесь рядом с колоннадой нубийского царя Тахарки, а небольшие святилища Сети II и Рамсеса III соседствуют с рельефами, изображающими в одеяниях египетских фараонов царей династии Птолемеев. Последний правитель, строивший на его территории — римский император Домициан (81-96 гг. н. э.). С Луксором Карнак соединяет аллея сфинксов (время Аменхотепа III; начало 14 в. до н. э.).