Si laureò in medicina a soli ventidue anni nello stesso anno in cui espose per la prima volta le sue opere pittoriche di tendenza espressionistica, alla Biennale di Venezia e partecipò ai primi gruppi di resistenza contro il fascismo.
Fu uno del gruppo dei sei pittori di Torino che, contro la retorica servile dell’arte ufficiale, la falsa modernità del futurismo e il conformismo del novecento, attribuirono alla pittura il valore di espressione della libertà.
Diede vita alle prime organizzazioni clandestine e fu il fondatore di “Giustizia e libertà”. Nel maggio del 1935, alla vigilia della guerra contro l’Etiopia, vennero operati numerosi arresti nelle fila di “Giustizia e libertà”, tra i torinesi, in particolare Vittorio Foa, Michele Giua e Massimo Mila. Il 15 luglio la Commissione provinciale per il confino di Roma, ricevuto il rapporto della Questura, decideva di assegnare Carlo Levi al confino di polizia per tre anni “Siccome pericoloso per l’ordine nazionale per aver svolto…attività politica tale da recare nocumento agli interessi nazionali”.
Otto giorni dopo, ancora a Roma, Carlo Levi indirizzò una lunga ed appassionata difesa alla Commissione d’appello protestando la propria estraneità ai fatti che gli venivano contestati e ribadendo l’intenzione di dedicarsi esclusivamente alla sua attività di pittore.
Nel 1939 espatriò in Francia, nel 1941 ritornò in Italia e nel 1943 fu di nuovo arrestato. Gli anni cinquanta si segnalano per l’intensa e proficua attività letteraria che portò alla pubblicazione di opere significative come “L’orologio”, “Le parole sono pietre”, “Il futuro ha un cuore antico”, “La doppia notte dei tigli”.
Nel 1963 lo scrittore fu eletto senatore della Repubblica e proseguì la sua straordinaria attività di pittore testimoniata da numerosi lavori e mostre in Italia e all’estero.