Figlio di Leone Ponti e di Maria Zardone. Il nonno paterno era Ettore, senatore del Regno d'Italia e 1º marchese Ponti. Nel 1946 sposa Giuliana Fiastri dalla quale ha due figli, Guendalina, e Alexandre, produttore cinematografico. L'incontro con Sophia Loren fu però fatale al matrimonio: dopo alcuni anni infatti si separa e sposa Sophia da cui ha due figli, Carlo jr.  e Edoardo.  Carlo Ponti e Sophia Loren sono stati importanti collezionisti d'arte. La collezione Ponti-Loren comprende oltre 150 opere, tra cui lavori di Matisse, Cezanne, Picasso, Canaletto, Renoir, De Chirico, Balla, Magritte, Kokoschka e numerosi reperti archeologici. Laureatosi in giurisprudenza, si occupa di cinema dal 1940. Nel primo dopoguerra lavora per la Lux Film ricoprendo, con Dino De Laurentiis, il ruolo di produttore esecutivo. In particolare segue molti registi esordienti, come Pietro Germi, Luigi Zampa, Luigi Comencini, Steno e Mario Monicelli. Nel 1950 fonda, con il socio napoletano, la Ponti-De Laurentiis, producendo opere importanti. Divisosi dal socio Dino De Laurentiis, si trasferisce negli Stati Uniti con la moglie Sophia Loren e i figli nati dalla loro unione, che saranno anch' essi nel mondo dello spettacolo: Carlo Jr. è un ex attore ed è oggi il direttore della San Bernardino Symphony della California, Edoardo è un regista. Qui lavora per la Paramount, producendo i film interpretati dalla moglie e molte importanti pellicole europee: Coraggioso nelle scelte culturali, di carattere autoritario - numerosi e celebri i suoi scontri con i registi - è stato uno dei maggiori produttori del dopoguerra anche se il suo sogno nel cassetto restò la politica.  Muore all'ospedale cantonale di Ginevra in seguito ad una complicazione polmonare il 10 gennaio 2007, all'età di 94 anni. È sepolto nella cappella di famiglia al cimitero del suo paese natale, Magenta, nel milanese.