Er wurde 1881 in Quargnento in der Provinz Alessandria geboren und zog bald darauf nach Mailand, um seine Ausbildung zu beginnen. Er besuchte einen ersten Kurs für dekorative Malerei an einer Abendschule für angewandte Kunst im Schloss Sforzesco und anschließend an der Akademie Brera, wo er Romolo Romani und Umberto Boccioni kennenlernte. 

Über Boccioni und Russolo lernte Carrà 1910 Marinetti kennen und schloss sich der futuristischen Bewegung an, indem er das Manifest der futuristischen Maler unterzeichnete. 

Von 1911 bis 1914 lebte er in Paris, wo er Picasso, Braque und Apollinaire traf und die französische Malerei von Courbet und Cézanne kennenlernte, was sein Interesse am Kubismus weckte. 

Zwischen 1914 und 1915 verbindet sich seine Vorliebe für den Kubismus mit dem Fokus auf italienische Kunst des 14. und 15. Jahrhunderts, die sich später als grundlegend für eine fortschreitende Vereinfachung der Form erweist und Raum für die Erforschung des Metaphysischen schafft. 

Seine Begegnung mit de Chirico und Savinio im Jahr 1916, während seines Militärdienstes in Ferrara, festigte sein Interesse an der metaphysischen Malerei, mit einem besonderen Augenmerk auf die volumetrischen Gestaltung von Kompositionen. 

Zusammen mit Mario Broglio leitete er 1919 die Gruppe Plastische Werte und schloss sich 1926 der Gruppe der Neunhundert Maler um die Kunstkritikerin Margherita Sarfatti an. 

In den 1920er Jahren sind seine Gemälde durch die Konzentration auf die Natur und das Bestreben des Künstlers gekennzeichnet, "die Gegenstände aus ihrem Kontext zu lösen, sie zu vereinfachen und ihnen einen absoluten Wert zu verleihen". 

In den Jahren 1922, 1926 und 1928 stellte er auf der Biennale von Venedig aus, wo er eine Einzelausstellung mit 14 Werken erhielt. 

1931 gewann er den Malereipreis der Nationalen Kunstquadriennale in Rom, und zwei Jahre später unterzeichnete er das Wandmanifest von Sironi und schuf Wandbilder für die Mailänder Triennale im Justizpalast. 

Sein Ruhm war unbestritten, als ihm 1942 die Pinakothek Brera eine Ausstellung widmete und er 1950 den Großen Preis der Biennale von Venedig gewann. Im Jahr 1962 wurde ihm eine große Retrospektive im Mailänder Palazzo Reale gewidmet. 

Er starb 1966 in Mailand.