Acteur italien, Carlo Cecchi étudie le théâtre dans les ateliers d’Eduardo De Filippo puis au Living Theatre de New York. En parallèle à son activité à la scène, il tient des seconds rôles au cinéma où il débute en 1966. Il est notamment à l’affiche des Damnés de la Terre (1969) de Valentino Orsini et de la coproduction Le Mans (Katzin, Sturges, 1971).
Sa composition la plus célèbre est celle de Renato Carpentieri dans Mort d’un mathématicien napolitain (1992) de Mario Martone qui lui permet d’obtenir le David Di Donatello du meilleur acteur.
Il enchaîne avec La fin est connue (1993) de Cristina Comencini avant d’apparaître en juge dans L’escorte (1993) de Ricky Tognazzi. Au cours de cette décennie, Carlo Cecchi tourne aussi, entre autres, Le hussard sur le toit (1995) de Jean-Paul Rappeneau, Beauté volée (1996) de Bernardo Bertolucci, Hamman, le bain turc (1997) de Ferzan Özpetek et Le violon rouge (1998) de François Girard, qui le dirigera aussi dans Soie (2007).
Parmi ses autres films, on peut citer Miele (2013) de Valeria Golino et Martin Eden (2019) de Pietro Marcello. Carlo Cecchi est décédé le 23 janvier 2026 à l’âge de 86 ans.