1905 als Sohn des bekannten Turiner Baumeisters Eugenio Mollino geboren, studierte Carlo Mollino am Istituto Superiore di Architettura in Turin Kunstgeschichte und Architektur. Nach dem Diplom 1931 arbeitete er zunächst für den Vater. Mollino schrieb in jener Zeit neben der Arbeit als Architekt für Zeitschriften und Zeitungen über Themen aus den Bereichen Kunst und Kultur.
Mollino gilt als Universaltalent, und seine Leistungen umfassen nicht nur die Bereiche Architektur und Möbeldesign, sondern auch Fotografie, Entwürfe von Rekordwagen, diverse Auftritte bei den 24 Stunden von Le Mans und Kunstflug.
Viele seiner Architekturentwürfe blieben jedoch unverwirklicht. Ganz anders seine Entwürfe im Bereich der Innenarchitektur: Mittels eines von Molino patentierten Herstellungsverfahren konnte Sperrholz kalt verformt werden, wodurch zahlreiche innovative Objekte entstanden, die heute als wegweisend für das „Organische Design“ gelten. Seine Möbelentwürfe, die zumeist als Einzelstücke oder nur in sehr kleinen Stückzahlen produziert wurden, erzielen heute international Rekordpreise: Ein von Carlo Mollino 1949 entworfener Tisch wurde bspw. im Jahr 2005 bei Christie's für 3,8 Millionen Dollar versteigert.
Carlo Molino starb im Jahr 1973.
Zanotta