Carlos Casares era hijo de un cónsul español, Vicente Casares, y de Gervasia Rojo. Era tío de Vicente Lorenzo del Rosario Casares, conocido públicamente como Vicente Casares.
Carlos, en su juventud se dedicó a administrar tareas rurales y comerciales, así como fue a estudiar a Alemania.
Al regresar a la Argentina, fue un acérrimo opositor del gobernador bonaerense Juan Manuel de Rosas, por lo que fue apresado y amenazado de muerte. Una vez caído el gobierno de Rosas, tras la Batalla de Caseros, en 1852, fue seguidor de Bartolomé Mitre, aunque se afiliaría luego al partido que dirigía Adolfo Alsina, opositor al de este último.
Durante nueve años se desempeñó como presidente del Banco de la Provincia de Buenos Aires y administró el entonces llamado Ferrocarril del Oeste.
En 1875 fue electo gobernador de Buenos Aires, cargo que asumió el 1 de mayo de ese año. Entre su obra de gobierno puede mencionarse la sanción de la Ley de Educación Común provincial, la expansión de los ferrocarriles en la provincia en más de 600km, la autorización para la fundación de pueblos como Necochea, General Conesa y Colón, así como la expedición contra los indígenas del sur comandada por Adolfo Alsina, entonces Ministro de Guerra de la Nación. En 1878 concluyó su período como gobernador.
Murió en 1883 en su estancia en el partido de Magdalena, provincia de Buenos Aires. La localidad de Carlos Casares y el partido homónimo llevan su nombre en su honor.