Né d’une mère italienne et d’un père d’origine allemande, Carlo Brandt grandit à Genève. Comédien de théâtre, il fait ses débuts au cinéma en 1986 avec L'Etat de grâce de Jacques Rouffio et participe à plusieurs films historiques, comme Indochine (1992), Louis, enfant roi (1993) et Ridicule (1996).
Acteur charismatique, Carlo Brandt tend à se spécialiser dans les films sombres. Ainsi, il marque les esprits dans Déjà mort d’Olivier Dahan, en interprétant un producteur de films X violent aux côtés des jeunes Romain Duris et Benoît Magimel. Sollicité, il tourne les années suivantes sous la direction de réalisateurs prometteurs tels qu'Alexandre Aja (Furia), Guillaume Nicloux (Une Affaire privée) et Arnaud des Pallières (Adieu).
Ses apparitions à la télévision ne l’empêchent pas de s’imposer au cinéma. Brigitte Sy lui confie en 2010 l'un des deux rôles principaux de son premier long métrage, Les Mains Libres. Il y vit une histoire d’amour passionnelle avec une journaliste (l’actrice israélienne Ronit Elkabetz) venue réaliser un reportage sur la prison dans laquelle il est détenu. 2011 est aussi une année chargée pour le comédien qui est notamment à l’affiche de 17 filles, La Fin du silence de Roland Edzard ainsi que L'Enfance d’Icare, dernier film avec Guillaume Depardieu.
En 2013, Carlo Brandt interprète un gangster sans pitié dans Le Jour attendra aux côtés de Jacques Gamblin et Olivier Marchal
