Carlos Giménez nació el 16 de Marzo de 1941 en el madrileño barrio de Embajadores. Fue el menor de tres hermanos. Su padre, Vicente, dueño de un taller de soldadura, era oriundo de la localidad manchega de Tomelloso y murió cuando el pequeño Carlos apenas contaba con un año de edad. Su madre, Marcelina, era de origen avulense y, tras quedarse viuda, vendió el taller y montó otros negocios que no funcionaron. Enfermó de tuberculosis cuando Carlos tenía cinco años y la enfermedad impidió que pudiera hacerse cargo de sus hijos: el mayor marchó con unos parientes a Tomelloso, en tanto que los otros dos fueron enviados a un colegio de Auxilio Social. Carlos vivió una dura infancia en los años de la posguerra, yendo de un hogar de acogida a otro, sufriendo penurias de todo tipo. Aún así, ya llevaba consigo su destreza artística, que fue desarrollando poco a poco, y que le ayudó a sobrellevar mejor la cruda realidad. Por entonces descubrió el serial de aventuras Los cachorros, de José Iranzo, del que se hizo ferviente seguidor. Se aprendió los tebeos de memoria, reprodujo sus dibujos una y otra vez y se prometió a sí mismo que algún día sería dibujante.
Con catorce años volvió al hogar de su madre en su antiguo barrio, y empezó a trabajar como aprendiz en el taller de Sarmentero, un taller de restauración y decoración de porcelana en El Rastro madrileño. No dejó de dibujar, y tras Iranzo, su siguiente pasión fue El Capitán Trueno, de Ambrós. A los diecisiete años tuvo la oportunidad de conocer a Manuel López Blanco, autor de Las aventuras del FBI, a quien enseñó sus dibujos. Blanco supo ver su talento y lo tomó como ayudante, ocupación que desarrolló durante algo más de un año, antes de que se le presentara la oportunidad en la agencia Ibergraf como ilustrador. Su primer trabajo importante fue la tira Drake & Drake con guión de José Mallorquí. Sin embargo, tuvo problemas y abandonó el proyecto, dejando la agencia al poco.
A partir de 1962 montó un estudio a medias con Esteban Maroto y Adolfo Usera, donde trabajaron para la Editorial Maga dibujando historietas bélicas, y luego para una agencia barcelonesa con una historia del Oeste americano. Ambos trabajos pasaron sin pena ni gloria.
Se casó tras acabar la mili con veintitrés años y poco después llegó su primer hijo. Fueron tiempos de estrecheces económicas y desencanto, por lo que decidió trasladarse a Barcelona en busca de porvenir. Allí coincidió de nuevo con Esteban Maroto, Usero, Suso Peña y otros, formando el conocido como Grupo de la Floresta y trabajando en varias historietas colectivas. Su afán por experimentar y lograr metas nuevas le llevó a abandonar este proyecto e iniciar otos nuevos.
Entre 1969 y 1975 realizó la serie Dani Futuro con guiones de Víctor Mora, considerado su primer gran trabajo. Entremedias se atrevió con un tríptico de terror basado en adaptaciones con guión propio, compuesto por El Miserere, El Mensajero y El extraño caso del Sr. Valdemar. En 1976 creó una de sus series más conocidas, Paracuellos, y a partir de entonces su carrera se diversifica con multitud de proyectos por su cuenta y mediante colaboraciones, convirtiéndose en un nombre de referencia dentro del panorama del cómic español, sobre todo a partir de los 80.
Regresó a Madrid en 1983, donde continuó trabajando en Los Profesionales y otras historias. Trabajó para la revista francesa Fluide Glacial durante varios años y hacia finales de los 80 combinó la labor de historietista con la publicidad. También en estos años se convierte de nuevo en padre con su nueva pareja, Ana Salado, con la que ha tenido tres hijos. A mediados de los 90 su obra fue reeditada por la Editorial Glénat. Entre sus últimos trabajos se encuentran la adaptación al cómic de El capitán Alatriste (2005) y la obra política 36-39. Malos tiempos, basada en la Guerra Civil española.
A lo largo de su dilatada carrera ha sido merecedor de numerosos galardones y distinciones nacionales e internacionales, entre las que destacan el Premio a la Mejor Obra del Salón Internacional del Cómic de Barcelona en 1986 y en el año 2000, edición en la que también obtuvo el de Mejor Guión. Ese mismo año ganó el Gran Premio El Oso de la Feria del Cómic de Madrid. En 2001 fue Premio de la Crítica a la Mejor Obra Española, mientras que en 2002 consiguió el Premio Yellow Kid a toda una carrera profesional del Festival Internacional de Roma. En 2003 logró la Medalla al Mérito en las Bellas Artes en su categoría de Oro y en 2009 fue propuesto como candidato al Premio Príncipe de Asturias de las Artes. Desde ese año es presidente de la Asociación de Autores de Cómic de España.
