Gualterio nació en Orvieto . En su familia , Silvio Antoniani era cardenal y Sebastiano Gualterio había sido obispo de Viterbo , nuncio papal en Francia y el Concilio de Trento . Estaba relacionado con Donna Olimpia Maidalchini y el Papa Inocencio X Pamphilj, y también tío abuelo del cardenal Filippo Antonio Gualterio y tío bisabuelo del cardenal Luigi Gualterio .
Estudió derecho y se convirtió en abogado consistorial. Posteriormente fue nombrado referente de los Tribunales de Firma Apostólica y Rector de la Universidad La Sapienza de Roma.
Carlo Gualterio fue creado cardenal diácono en el consistorio del 2 de marzo de 1654 por el Papa Inocencio X y optó por el diácono de S. Pancrazio . De 1672 a 1673 fue Camarlengo del Sagrado Colegio Cardenalicio .
Fue elegido arzobispo de Fermo el 5 de octubre de 1654. Participó en el cónclave papal de 1655 y en el de 1667 . Renunció al gobierno de la archidiócesis antes del 30 de abril de 1668 en favor de su sobrino Giannotto Gualterio . Ascendido a la orden de Cardenal Sacerdote el 25 de diciembre de 1668 con el título de Sant'Eusebio , participó en el Cónclave Papal de 1669-1670 .
Carlo Gualterio murió en 1673 de una apoplejía en Roma. Fue trasladado a Orvieto y enterrado en la tumba de su familia en la catedral local [1]