A los ocho años de edad, su incipiente prodigio vocal le hizo llegar a lanzar su primer álbum en Alemania producido por Pierre Kartner, más conocido por su seudónimo «Padre Abraham», un reconocido compositor y productor musical holandés mundialmente conocido por su éxito «La Canción de lo Pitufos». El disco, titulado «El pequeño Caruso», contenía canciones como «O Sole Mio» o «Granada», llegando a cantar esta última ante una audiencia de 700 personas a la edad de ocho años. A los diez años lanzó su segundo disco titulado «Mijn Lieve Mama» (Mi querida mamá) en holandés.
Esta primera experiencia musical le llevó a estudiar piano y solfeo y acabar su carrera de canto en el conservatorio superior de Madrid. Más tarde, amplió sus estudios de canto con el gran maestro Alfredo Kraus, con Montserrat Caballé y Jaume Aragall.
Cantar es mi manera de decir lo que siento, mi manera de vivir. A veces cuando lanzo una melodía al público siento tristeza rememorando como le gustaba esa canción a mi padre que por desgracia ya no está conmigo, o melancolía por el tiempo que se va, o alegría… la misma alegría que sentía de niño cuando la entonaba por primera vez. Cantar es lo que me hace sentir vivo, así que gracias por dejarme seguir viviendo de lo que amo.
Tras ganar con 19 años el concurso televisivo «Gente Joven» en la categoría de Canción Ligera, pasó por varios programas de televisión como cantante, y con 20 años, era una estrella de la canción española. Se hizo un nombre en la industria musical y lírica participando en diversos concursos como cantante: el «Jacinto Guerrero» donde ganó el primer puesto, «Francisco Alonso» y «Julián Gayarre» en 1996, donde ganó el segundo puesto como mejor cantante masculino, entre otros.
Carlos Marín ha participado en un gran número de óperas, zarzuelas y obras de teatro musical antes de pasar a formar parte de Il Divo. Marín ha sido aclamado como primo barítono en varias óperas, incluyendo La Traviata, El barbero de Sevilla, La bohème, Lucía de Lammermoor y Madama Butterfly. Algunas de sus actuaciones están disponibles en CD, como la de Don Giglio en La capricciosa corretta o la versión de Damut de Marina.
También ha participado en las zarzuelas de los Jardines de Sabatini (Madrid), punto de encuentro de los amantes de la música en verano, y en los jardines del Palacio Real de Madrid. Alguna de sus actuaciones se pueden encontrar en DVD, como La Gran Vía, La Revoltosa, donde hace el papel de Felipe y La verbena de la Paloma donde actúa de Julián.
También ha actuado en diversos musicales, comenzando en 1993 como Marius en Los miserables de Víctor Hugo (Teatro Nuevo Apolo – Madrid), y más tarde en «El Diluvio Que Viene» como suplente de José Sacristán, «El hombre de La Mancha» en el papel de Quijote, «Peter Pan» en el papel de Hook, Grease» donde interpretó el papel de Vince Fontaine, y «La Bella y la Bestia, en la que interpretó el papel principal de la Bestia.
Marín también ha colaboró en la producción de musicales como: «La Magia de Broadway» y «Peter Pan» en el escenario y en CD, y también ess el productor musical de la cantante franco-española Geraldine Larrosa, conocida artísticamente como «Innocence».
También ha participado en películas dando voz a personajes de animación como en la película de animación «The Nightmare Before Christmas» (Pesadilla antes de Navidad) de Tim Burton, o como el Príncipe de la versión española de «La Cenicienta» de Disney, realizada en el año 2000.
Desde 2011, y en paralelo a su carrera como miembro de Il Divo, Carlos realiza conciertos y actuaciones en solitario.
En 2011, realizó una serie de conciertos por España con su gira «Carlos Marín, en concierto» junto a Innocence, alcanzando lleno absoluto durante sus cuatro únicas actuaciones en el Teatro Compac Gran Vía de Madrid.
El 19 de septiembre de 2015, realiza una actuación en la gala final del certamen de belleza Miss Earth de México.
Del 21 al 24 de enero de 2016, en el Teatro Compac Gran Vía de Madrid, Carlos realizó un nuevo show con la colaboración especial de Innocence, que se convirtió en un DVD que apadrinado por Sony Music, en la primavera de 2016 consiguió estar en los primeros puestos de ventas en Japón y España.
En 2016, Carlos Marín, junto a la cantante Innocence, interpretó el tema principal de cabecera de la telenovela más exitosa de Televisa en estos últimos años de título «Las Amazonas.
El 25 de noviembre de 2016 se presentó en el Teatro Metropolitan de la Ciudad de México, y más recientemente el 11 de Agosto de 2018 ha llevado su show hasta Sao Paulo (Brasil).