Portugisen sparkades av Championship-laget Sheffield W på julafton, men får nu kontrakt med den walesiska klubben, där svenskarna Martin Olsson och Kristoffer Nordfeldt spelar, säsongen ut.
Carvalhal efterträder Paul Clement som fick lämna Swansea efter åtta förluster på de tio senaste ligamatcherna. Laget ligger sist i Premier League.