Carlo De Mejo était le fils du musicien Oscar De Mejo et de l'actrice Alida Valli, qui a connu sa plus grande période de succès international peu après la naissance de Carlo, dans la seconde moitié des années 1940. Carlo a suivi sa mère dans le métier d'acteur, d'abord comme enfant acteur puis comme adulte, apparaissant dans des films grand public comme Le Pont de Cassandra, mais s'est surtout fait connaître dans plusieurs films de série B italiens du début des années 80 réalisés par Lucio Fulci, Luigi Cozzi et Bruno Mattei.