Nasceu no Rio de Janeiro em 1944, estudou pintura com o Iberê Camargo no Instituto de Belas Artes em 1963 e formou-se em Psicologia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Participou de algumas das principais exposições brasileiras dos anos 60, “Opinião 66“ e “Nova Objetividade Brasileira“, ambas no MAM do Rio de Janeiro, bem como inúmeras mostras coletivas, como as 9º, 20º e 29º edições da Bienal de São Paulo (1967,1989 e 2010); a 10º edição da Bienal de Paris (1977); e a 5º edição da Bienal do Mercosul (2005). Realizou várias exposições individuais sendo a primeira em 1974 na Galeria Luiz Buarque de Hollanda e Paulo Bittencourt e em 1976 segunda individual no MAM/RJ.
Na década de 1970, morou na França onde se doutorou em Artes. Desde o retorno ao Brasil, em 1980 participou de inúmeras mostras. Dentre as diversas exposições individuais, destacam-se “Arte e Politica 1966 – 1976“, nos Museus de Arte Moderna do Rio de Janeiro, São Paulo e Bahia (1996-1997); ˜”Carlos Zilio”, no Centro de Arte Hélio Oiticica, Rio de Janeiro (2000), que abrangeu sua produção dos anos 90; e “Pinturas Sobre Papel“, no Paço Imperial, Rio de Janeiro (2005), e na Estação da Pinacoteca de São Paulo (2006). Suas mais recentes exposições coletivas foram: “Imagine Brazil“ (Olso, Lyon Doha, São Paulo e Montreal , 2013-2015); “Possibilities of the object – Experiments in Modern and Contemporary Brazilian Art“ (Edimburgo, 2015) e “Transmissions art in Eastern Europe and Latin America, 1960-1980“ (MoMA, Nova Iorque, 2015), “Past/Future/Present“, Phoenix Art Museum/MAM-SP (Phoenix, 2017) e Knife in the flash, PAC Padiglione dÁrte Contemporânea (Milão, 2018)
Zilio, foi professor da Escola de Belas artes da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Em 2018, a editora Cosac Naify publicou o livro Carlos Zilio, organizado por Paulo Venâncio Filho, sobre sua produção artística. Zilio é representado em São Paulo pela Galeria Raquel Arnaud desde 1997, onde realizou várias exposições tendo sido a última em 2016. No Rio de Janeiro é representado desde 2018 pela Galeria Cassia Bomeny. Suas duas mais recentes individuais foram no MAM/RJ em 2016 e na Galeria Cassia Bomeny em 2019. Seus trabalhos estão presentes em diversas instituições, como os Museus de Arte contemporânea de São Paulo, Niterói e Paraná, na Pinacoteca do Estado de São Paulo, nos Museus de Arte Moderna do Rio de Janeiro e São Paulo e no Museus de Arte Moderna de Nova Iorque (MoMA).
