Née en 1943 à Oakland, en Californie, Carolyn Carlson se consacre d’abord à la danse classique. Elle intègre la San Francisco School of Ballet et l’Université d’Utah, où elle rencontre Alwin Nikolais, qu’elle définira toujours comme son maître. Le chorégraphe aura une influence majeure sur la conception du mouvement de Carlson. En 1965, la jeune danseuse rejoint le Alwin Nikolais Dance Theatre. C’est alors qu’elle commence à développer son propre travail de chorégraphe. L’artiste collabore ensuite avec la compagnie d’Anne Béranger, puis le Ballet de l’Opéra de Paris, où elle contribue à l’émergence de la nouvelle danse française par le biais de son travail expérimental avec le GRTOP (Groupe de recherche théâtrale de l’Opéra de Paris). Sa carrière se poursuit à Venise avec le théâtre La Fenice, à Helsinki avec l’Opéra national ou la City Theatre Dance Company, ou encore à Stockholm avec le Ballet Cullberg. En 1999, à la Cartoucherie, Carlson fonde l’Atelier de Paris où elle organise des master class pour jeunes danseurs, animées par les plus prestigieuses figures de la scène internationale. Depuis 2005, elle est directrice artistique du Centre chorégraphique national Roubaix Nord-Pas-de-Calais.