Карлотта Патти родилась во Флоренции; в различных источниках год её рождения указан по-разному: 1835[9], 1840,[7][10] или 1842[11], доподлинно известно лишь, что она родилась минимум на семь месяцев раньше, чем её младшая сестра Аделина Патти, которая появилась на свет 19 февраля 1843 года. Отец Карлотты, сицилиецСальваторе Патти[итал.] (1800—1869), тоже был певцом-тенором[12][13], а мать, римлянкаКатерина Барилли[итал.] (1810—1870) — оперной певицей. Неудивительно, что они привили любовь к музыке и своим дочерям, которые пошли по их стопам.
Первые музыкальные уроки Карлотта брала у своих родителей, затем училась игре на фортепьяно у Анри Герца в Париже, но позднее перешла к пению и дебютировала в 1861 году в Нью-Йорке, где получила также ангажемент в оперу, от которого однако вскоре отказалась, так как хромота сильно вредила её сценическому образу. Многочисленные концертные турне по Европе и Новому Свету составили ей известность хорошей колоратурной певицы.