Carlo Guaitoli si è formato alle scuole pianistiche di Loretta Turci e Sergio Perticaroli, diplomandosi al Conservatorio di Verona e all’Accademia Nazionale di Santa Cecilia. 

Vincitore di prestigiosi premi ai concorsi internazionali F. Busoni di Bolzano, A. Casagrande di Terni, A. Rubinstein di Tel Aviv, IMC of Japan, Unisa Pretoria e Città di Porto, ha intrapreso giovanissimo un’intensa attività concertistica. Si è esibito in Italia per la Società dei Concerti, il Teatro degli Arcimboldi e l’Auditorium di Milano, la IUC e l’Accademia Nazionale di Santa Cecilia di Roma, il Festival Pianistico di Brescia e Bergamo, la Società Barattelli a L’Aquila, il Teatro Petruzzelli di Bari, il Teatro Massimo e il Politeama di Palermo, il Teatro Bellini di Catania e il Teatro Ponchielli di Cremona. In Europa ha suonato presso il Barbican di Londra, il Klavierfestival della Ruhr, la Tonhalle di Düsseldorf, il Teatro Palau de la Música di Barcellona, il Teatro Real di Madrid, e ancora in Giappone alla Kioi Hall e alla Tokyo Metropolitan Hall, oltre che in Nord America, Cina, Medio Oriente e Sud Africa. 

Ha suonato come solista con prestigiose orchestre tra cui l’Israel Philharmonic e l’Israel Chamber Orchestra, la Concertgebouw Chamber Orchestra, la Tokyo Symphony Orchestra, l’Osaka Century Orchestra, la Johannesburg Philharmonic, la Cape Town Philharmonic Orchestra, l’Edmonton Philharmonic Orchestra, l’Orchestra della Radiotelevisione di Zagabria, l’Orchestre Symphonique de Nancy, la Filarmonica di Stoccarda, I Solisti Aquilani, la Filarmonica Toscanini, l’Orchestra Sinfonica Siciliana, l’Orchestra Sinfonica Abruzzese, l’Orchestra di Padova e del Veneto.
Ha registrato per Sony Music, EMI, Universal Music, BMG e Brilliant Classics; diverse sue interpretazioni sono incluse nelle colonne sonore dei film PerdutoAmor e Musikanten di Franco Battiato e Padri e Figli di Gabriele Muccino. 

Musicista eclettico, animato da un’innata passione per i diversi linguaggi contemporanei, ha collaborato come solista, camerista e direttore d’orchestra con artisti di diversa estrazione, tra cui Tamas Vasary, Enrico Dindo, Luigi Piovano, Simone Rubino, Lamberto Curtoni, Mario Venzago, Alexander Kniazev, il Quartetto d’archi della Scala, il Quintetto Bibiena, Wim Mertens, Antony Hegarty, Asaf Avidan, Paolo Buonvino, Enrico Pieranunzi, Enrico Intra e Lucio Dalla. Al Festival Pianistico di Brescia e Bergamo ha presentato in prima esecuzione la 2ª Sonata di Carlo Boccadoro, a lui dedicata. 

Al 1993 risale l’inizio del lungo sodalizio con Franco Battiato; al suo fianco è apparso nelle più importanti produzioni in veste di pianista e direttore d’orchestra alla guida di compagini come la Royal Philharmonic Orchestra e l’English Chamber Orchestra, registrando insieme a lui più di 20 album. Con la cantante Alice ha rivisitato negli ultimi anni il repertorio di Battiato in una lunga e fortunata tournée di oltre 150 concerti. Nel settembre 2021 ha diretto il concerto-evento «Invito al viaggio» a lui dedicato all’Arena di Verona, trasmesso su Rai 3 e Sky Arte, alla presenza di importanti artisti italiani tra cui Gianni Morandi, Fiorella Mannoia, Jovanotti, Gianna Nannini e Paola Turci.
È docente di pianoforte al Conservatorio di Terni e ha tenuto masterclass per la Showa University, la Juilliard School, la New York University, la Kyungsung University e altre istituzioni in Canada, Cina e Sud Africa.

Membro di giuria in diversi concorsi pianistici internazionali, è direttore artistico del Concorso Internazionale Pianistico Alessandro Casagrande di Terni e delle stagioni musicali del Teatro Comunale di Carpi.