Carlo Vistoli studierte Gitarre und Klavier, bevor er 2007 bei William Matteuzzi und Sonia Prina eine Ausbildung zum Countertenor begann. Er gewann etliche Preise bei wichtigen Wettbewerben und kam 2015 zum Jardin des Voix der Arts Florissants unter der Leitung von William Christie. Daraufhin war er an bedeutenden Produktionen am Teatro La Fenice in Venedig und am Teatro Regio in Turin beteiligt. 2017 engagierte ihn John Eliot Gardiner für die Partie des Ottone (L’incoronazione di Poppea) für die ausgedehnte Tournee „Monteverdi 450“ mit Stationen in Berlin, Edinburgh, Luzern, Paris, Salzburg, Venedig, Chicago und New York.
Zu den Partien, die er verkörpert hat, zählen Idraspe in Cavallis Erismena beim Festival d’Aix-en-Provence, Ruggiero in Vivaldis Orlando furioso am Fenice und Ottone bei den Salzburger Festspielen. Darüber hinaus war er in Sciarrinos Luci mie traditrici in Venedig, in Händels Semele auf einer Tournee mit Gardiner, in Glucks Orfeo ed Euridice am Teatro dell’Opera in Rom in einer Inszenierung von Robert Carsen sowie an der Komischen Oper Berlin in einer Neuproduktion von Damiano Michieletto zu erleben.
Weitere Engagements umfassen Cavalieris La rappresentatione di Anima e di Corpo am Theater an der Wien, Pergolesis Stabat Mater neben Cecilia Bartoli, Rossinis Petite Messe solennelle in Brüssel und Paris und Händels Il trionfo del Tempo e del Disinganno bei den Osterfestspielen von Baden-Baden mit den Berliner Philharmonikern unter Emmanuelle Haïm. 2022 sang er in Florenz Ruggiero (Alcina), Tolomeo in einer Neuproduktion von Händels Giulio Cesare am Théâtre des Champs-Élysées unter Philippe Jaroussky und Nerone (L’incoronazione di Poppea) an der Berliner Staatsoper. In der Spielzeit 2023/24 kehrte er für die Partie des Farnace in Mozarts Mitridate nach Berlin zurück und gab als Arsace in Händels Partenope sein USA-Debüt an der San Francisco Opera.
An der Wiener Staatsoper war er neben Cecilia Bartoli in der Titelpartie von Händels Giulio Cesare und als Alidoro in Cestis Orontea an der Mailänder Scala zu erleben (musikalische Leitung: Giovanni Antonini, Inszenierung: Robert Carsen).
Carlo Vistoli wirkte an zahlreichen Aufnahmen für verschiedene Labels mit, darunter Arcana, Brilliant, Erato, La Música und harmonia mundi.