En mai 2023, Carlos Martens Bilongo est visé par une enquête pour « blanchiment de fraude fiscale », « abus de biens sociaux » et « manquement de déclaration à la Haute Autorité pour la transparence de la vie publique (HATVP) ». L'enquête, ouverte à la mi-avril 2023 après un signalement de Tracfin, porte sur la dissimulation présumée de près de 200 000 euros. Le député réagit dans un communiqué le 11 mai 2023, affirmant n'avoir « jamais ouvert de compte à l'étranger » et que « l'intégralité des sommes versées sur [ses] comptes sociétés a été déclarée en bonne et due forme ». Il demande également à son expert-comptable de vérifier l'absence d'erreur de déclaration.
Le 17 mai 2023, BFM TV révèle qu'il aurait bénéficié d'un logement social jusqu'en décembre 2022, qu'il aurait sous-loué à sa sœur alors qu'il était déjà propriétaire de deux appartements et rémunéré comme député. Bilongo explique avoir quitté ce logement en 2020, après y avoir vécu avec sa sœur qui n'a pu le libérer qu'en décembre 2022. Il affirme avoir informé le bailleur social en 2019 de l'achat de deux appartements en 2018, l'un étant un investissement locatif et l'autre en travaux jusqu'en 2020.
L'enquête est classée sans suite en janvier 2025 pour absence d'infraction. En octobre 2025, une enquête du média L'Informé révèle que la note de Tracfin contenait des erreurs majeures, comme la confusion entre « impôt sur le revenu et impôt sur les sociétés ». Ces erreurs pourraient résulter d'une opération d'ingérence des Émirats arabes unis, en réponse à un rapport parlementaire critique de Bilongo sur l'organisation de la COP28 à Dubaï, rédigé en mars 2023.