Astigiano, nato il 4 ottobre 1943, Carlo Valli comincia a recitare fin da bambino, alla radio. Si trasferisce a Roma per studiare all'Accademia Silvio D'Amico, e comincia una carriera di attore teatrale che continuerà per tutta la vita. Negli anni settanta debutta anche al cinema (tra gli altri, lavora con Bolognini in 'Imputazione di omicidio per uno studente' e Rossellini ne 'Gli atti degli apostoli') e in televisione (dove interpreta numerosi sceneggiati, come 'La donna di picche' e 'Orlando furioso').
Prende via via piede poi la sua carriera di doppiatore, adattatore e direttore del doppiaggio, che lo porta ai vertici della categoria e per cui riceve nel 1995 il Nastro d'Argento per aver dato la voce al Robin Williams di 'Mrs. Doubtfire': ma gli attori doppiati sono davvero numerosissimi (Broadbent, Sheen, Dreyfuss, Lloyd, Hopper...).