Diplomatasi alla Scuola di danza del Teatro alla Scala nel 1954, Carla Fracci divenne solista nel 1956 e prima ballerina nel 1958. Da allora, fu un crescendo di apparizioni, dalla Giulietta nel Romeo e Giulietta di Cranko ad Elvira nel Don Giovanni di Massine.

Tra la fine degli anni '50 e per tutti gli anni '70 collaborò con numerose compagnie quali il London Festival Ballet, il Royal Ballet, lo Stuttgart Ballet e il Royal Swedish Ballet nel 1969. Dal 1967 fu la principale artista straniera dell'American Ballet Theatre.

La sua fama è legata alle interpretazioni di ruoli romantici quali Giulietta, Swanilda, Francesca da Rimini, o Giselle, uno dei suoi maggiori successi interpretato con partner di eccezione come Rudolf Nureyev, Vladimir Vasiliev, Henning Kronstam, Mikhail Baryshnikov, e più d'ogni altro Erik Bruhn. La Giselle danzata con Bruhn fu, infatti, indimenticabile e ne venne tratto un film nel 1969.

Alla fine degli anni '80, per poco più di una stagione, diresse il corpo di ballo del Teatro San Carlo di Napoli. Il suo partner era Gheorghe Iancu. Numerose le sue interpretazioni negli anni successivi: L'après-midi d'un faune, omaggio a Rudolf Nureyev, Eugenio Oneghin, La vita di Maria, La bambola di Kokoschka sono solo alcune.

Dal 1994 è membro dell'Accademia di Belle Arti di Brera e dall'anno successivo fino al '97 ha diretto il corpo di ballo dell'Arena di Verona. Nel 2004 è stata nominata Ambasciatrice di buona volontà della FAO.

Ultrasettantenne, continua ad allenarsi ed esibirsi, oltre a dirigere il corpo di ballo dell'Opera di Roma. Il 12 giugno 2009 ha ricevuto il titolo di Benemerito della Repubblica per aver illustrato l'Italia nel mondo, per alti meriti in campo artistico e culturale.