Carlo Santini si è laureato in Chimica con lode nel 1993 presso l'Università di Camerino e nel 1997 ha conseguito il Dottorato di ricerca in Scienze chimiche. Dal 1999 è Ricercatore universitario e dal 2006 è Professore associato presso la Scuola di Scienze e Tecnologie dell'Università di Camerino per il gruppo scientifico-disciplinare della Chimica generale ed inorganica (CHIM/03). Nel 2013 ha ricevuto l’abilitazione scientifica nazionale a Professore ordinario nel settore 03/B1 “Fondamenti delle Scienze Chimiche e Sistemi Inorganici”.
È autore o co-autore di oltre 110 pubblicazioni a stampa su riviste scientifiche internazionali (indicizzate WOS, Scopus e Google Scholar, indice H = 31), di cui 7 reviews su invito, di oltre 180 comunicazioni a congressi nazionali e/o internazionali, di due brevetti (1 patent PCT internazionale) e di due libri di carattere scientifico-didattico. Dal 2017 è censito nella classifica dei Top Italian Scientists (TIS) della VIA-Academy.