Carlo Urbani tốt nghiệp Y khoa năm 1981 tại Đại học Ancona và lấy bằng chuyên khoa trong lĩnh vực bệnh truyền nhiễm và nhiệt đới tại Đại học Messina, và sau đó lấy bằng về bệnh ký sinh trùng nhiệt đới. Ông làm việc tại Viện các bệnh truyền nhiễm Ancona đến năm 1985, từ 1986 đến 1989 ông mở phòng mạch riêng tại Castelplanio. Năm 1993, ông trở thành chuyên gia tư vấn cho Tổ chức Y tế Thế giới, trong vai trò này ông đã tham gia nhiều sứ mệnh nhân đạo ở Châu Phi và Châu Á. Từ năm 1996 ông trở thành thành viên của Tổ chức Bác sĩ không biên giới, trong các năm 1996, 1997 ông đã điều phối dự án đầu tiên của tổ chức này tại Campuchia, Lào, Việt Nam và Philippines. Năm 1999 ông trở thành người đứng đầu Tổ chức Bác sĩ không biên giới tại Ý, và trong vai trò đó ông là một trong các đại diện của tổ chức đến nhận giải Nobel Hòa Bình tại Oslo cũng trong năm này.