Nascido em 15 de setembro de 1925 em Vigarano Mainarda, perto de Ferrara, nordeste da Itália, se formou na Academia de Belas Artes da Bolonha. Começou a trabalhar no mundo do cinema na década de 50, ao criar um dragão gigante de 16 metros para o filme "Sigfrido", de Giacomo Gentilomo. Colaborou com renomados cineastas italianos, entre eles Mario Monicelli, Marco Ferreri, Pier Paolo Pasolini e Dario Argento.
Também trabalhou para grandes produções de Hollywood, o que permitiu desenvolver suas habilidades ao combinar eletrônica com mecânica e criar personagens inesquecíveis do cinema, como Alien, do filme homônimo de Ridley Scott (1979) e o gorila gigante King Kong no filme de John Guillermin (1976).
Em 1982, criou um de seus personagens mais conhecidos, "E.T, o extraterrestre", protagonista do filme de Steven Spielberg, que comoveu o mundo com sua ternura. Colaborou em vários filmes de sucesso como "Contatos imediatos do terceiro grau" (1977), de Steven Spielberg, e "Duna" (1984), de David Lynch.
O criador e produtor J.J. Abrams chegou a prestar uma homenagem a Carlo Rambaldi no seriado "Alias-Codinome Perigo", batizando com seu nome um misterioso personagem, Milo Rambaldi, uma espécie de gênio contemporâneo de Leonardo da Vinci que era fundamental para a condução da trama.
