Carlo Vistoli begann seine Gesangsausbildung bei William Matteuzzi und Sonia Prina im Jahr 2007 und gab sein Bühnendebüt mit „Dido & Aeneas“ im Jahr 2012. Er erhielt mehrere Auszeichnungen bei internationalen Gesangswettbewerben wie den „Farinelli-Preis“ beim Gesangswettbewerb der Città di Bologna 2012 oder den Ersten Preis beim „Renata Tebaldi“-Wettbewerb (Abteilung Barock) 2013 in San Marino. 2015 wurde er für die Ausgabe von „Le Jardin de Voix“ unter der Leitung von William Christie ausgewählt, mit dem er seitdem zusammenarbeitet. Zu den Höhepunkten seiner Karriere zählen „Giulio Cesare in Egitto“ von Händel in Shanghai, „Dafne“ von Caldara in Venedig, „Agrippina“ von Händel in Brisbane (wofür er einen Helpmann-Preis erhielt), „Erismena“ von Cavalli in Aix-en-Provence mit Leonardo García Alarcón. Im Jahr 2017 nahm er an John Eliot Gardiners Projekt „Monteverdi450“ teil, das international auf Tournee ging. In jüngerer Zeit war er an Produktionen wie Vivaldis „Orlando furioso“ am La Fenice in Venedig, Monteverdis „L’incoronazione di Poppea“ bei den Salzburger Festspielen und „Artaserse“ von Hasse in Sydney, „La finta pazza“ von Sacrati in Dijon mit Alarcón, „Orfeo ed Euridice“ von Gluck an der Oper Rom in der Inszenierung von Robert Carsen, sowie „Semele“ von Händel mit Gardiner in Paris, London und Mailand (Teatro alla Scala) beteiligt.
Im Jahr 2021 sang er in „Rinaldo“ von Händel in Lausanne, „Giulio Cesare in Egitto“, wo er die Titelrolle debütierte, in Basel und Madrid mit Andrea Marcon, und wirkte in „La rappresentatione di anima et di corpo“ von Cavalieri am Theater an der Wien (mit Antonini und Carsen) mit. Außerdem sang er Pergolesis „Stabat Mater“ auf einer Tournee mit Cecilia Bartoli und Gianluca Capuano und gab sein Debüt am Bolschoi-Theater in Moskau als Polinesso in Händels „Ariodante“ in der Inszenierung von David Alden. Höhepunkte der Spielzeit 2021/22 waren zwei Neuproduktionen von Damiano Michieletto, „Orfeo ed Euridice“ an der Komischen Oper Berlin und „Giulio Cesare in Egitto“ am Thêatre des Champs-Elysées in Paris als Tolomeo, dirigiert von Philippe Jaroussky, sowie „Xerse“ von Cavalli beim Festival della Valle d’Itria in Martina Franca, Ruggiero in „Alcina“ von Händel an der Seite von Cecilia Bartoli in Florenz (mit Capuano und Michieletto) und zum ersten Mal Nerone in „L’incoronazione di Poppea“ an der Staatsoper Berlin unter der Leitung von Jean-Christophe Spinosi, mit dem er auch die Titelrolle von Vivaldis „Orlando furioso“ in einem Konzert im Théâtre des Champs-Elysées im Jahr 2023 sang. Im selben Jahr war er im Festspielhaus Baden-Baden in Händels „Trionfo del tempo e del disinganno“ mit den Berliner Philharmonikern und Emmanuelle Haïm, in der Opéra du Rhin (Straßburg) in „L’incoronazione di Poppea“ zu hören und kehrte mit „Semele“ an die Komische Oper Berlin zurück. In der Spielzeit 2023/2024 kehrte er an die Staatsoper Berlin zurück, um den Farnace in Mozarts „Mitridate“ zu singen, er war erneut der Orfeo in Carsens Inszenierung in Valencia; außerdem sang er die beiden Titelrollen des Rinaldo und des Giulio Cesare, letzteren an der Seite von Cecilia Bartoli, auf einer Europatournee und am Théâtre des Champs-Elysées, und er gab sein Debüt an der San Francisco Opera als Arsace in Händels „Partenope“. Außerdem debütierte er an der Wiener Staatsoper in „Giulio Cesare in Egitto“ und in der Saison des Teatro alla Scala in Mailand, wo er zum ersten Mal Alidoro in Cestis „Orontea“ sang, sowie beim Verdi Festival in Parma in Monteverdis „Il combattimento di Tancredi e Clorinda“. Im Jahr 2025 kehrt er an die Oper von Rom zurück, wo er in einer Neuproduktion von Händels „Alcina“ in der Regie von Pierre Audi und unter der Leitung von Rinaldo Alessandrini zu sehen sein wird. Am Teatro alla Scala wird er in der neuen Oper „Il nome della rosa“ von Francesco Filidei unter der Leitung von Ingo Metzmacher und der Regie von Michieletto zu sehen sein und gibt sein Debüt am Londoner Royal Ballet & Opera in Händels „Semele“ als Athamas (eine Aufführung, bei der er auch am Théâtre des Champs-Elysées in Paris mitwirkt). Bei den Innsbrucker Festwochen der Alten Musik und bei den Bayreuther Barockopernfestspielen wird er erstmals zu erleben sein, und Anfang 2026 wird er wieder am Pariser Théâtre des Champs-Elysées in Vivaldis „Tamerlano“ singen (Debüt in der Titelrolle).
Carlo Vistoli wurde mit dem Premio „Franco Abbiati“ der italienischen Musikkritik (43. Ausgabe) als bester Sänger des Jahres 2023 ausgezeichnet. Außerdem gewann er 2024 den „Jan Shrem and Maria Manetti Shrem Emerging Stars Competition“ der San Francisco Opera.
Er hat Aufnahmen für Alpha, Brilliant, Erato, Harmonia Mundi, Ricercar, Soli Deo Gloria und andere Labels gemacht, wohingegen seine drei ersten Soloalben wurden von Arcana veröffentlicht wurden. Seine jüngste Solo-CD „Sacro furore“ ist den geistlichen Werken Vivaldis gewidmet und markiert seine neue Zusammenarbeit mit dem Label Harmonia Mundi.