Graziadio Carlo Levi (che si fece poi chiamare soltanto Carlo) nasce a Torino il 29 novembre 1902. Fin da giovane si appassiona alla pittura e a partire dall'età di 13 anni dipingerà quadri per tutta la sua vita. Nel 1917 si iscrive alla Facoltà di Medicina dell'Università di Torino. Negli anni venti fa parte del gruppo di Piero Gobetti mirante alla "Rivoluzione liberale". Laureatosi in Medicina, dal 1924 al 1928 è assistente presso la Clinica medica dell'Ateneo torinese. Dopo alcuni soggiorni a Parigi, decide di dedicarsi definitivamente alla pittura. Dal 1929 fa parte del gruppo antifascista ‘Giustizia e Libertà' per il quale tra l'altro scrive vari saggi. Viene allora arrestato una prima volta per due mesi nella primavera del 1934. Al secondo arresto (maggio 1935) segue il confino in Lucania. Su questo periodo della sua vita si sofferma nel suo celeberrimo libro Cristo si è fermato a Eboli (1945).

Alla sua permanenza forzata ad Aliano, nella provincia di Matera, sono dovuti anche numerosi quadri (Carlo Levi e la Lucania, De Luca editore 1990) nonchè le poesie dal confino (Bosco di Eva, Mancosu editore 1993 e L'invenzione della verità, edizioni dell'Orso 1998), opere che permettono di comprendere in una maniera completa il capolavoro Cristo si è fermato a Eboli.
Fu direttore del quotidiano del Partito d’Azione, “L’Italia Libera”.
Nel 1946 pubblica Paura della libertà, un profondo scritto teoretico.
Sull'avvento al potere della Democrazia Cristiana si sofferma nel libro L'Orologio (1950).
Fanno poi seguito dei libri di viaggio. Le parole sono pietre (1955) è il risultato di tre suoi viaggi in Sicilia, Il futuro ha un cuore antico (1956) di un suo viaggio in Urss, La doppia notte dei tigli (1959) di un viaggio in Germania.
L'Italia la descrive in Un volto che ci somiglia (1960).

Nel 1963 è eletto senatore nel collegio di Civitavecchia come indipendente nelle liste del Pci; nel 1968 l'elezione viene rinnovata nel collegio di Velletri.
Nel gennaio 1973 è colpito dal distacco della retina oculare subendo due interventi chirurgici e riuscendo a tracciare, in stato temporaneo di cecità, molti quadri e scrivendo il libro (pubblicato postumo) Quaderno a cancelli (1979).
Muore in una clinica romana il 4 gennaio 1975. Viene sepolto ad Aliano, il paese lucano dove aveva vissuto il confino sotto il fascismo ed in cui ha ambientato il suo capolavoro Cristo si è fermato a Eboli, opera che in un certo senso segna la vera data d’inizio del neorealismo italiano.