En Bolonia, Italia, era hermano del también actor Annibale Ninchi (1887-1967) y primo de Ave Ninchi (1915-1997).

Debutó en la compañía de su hermano interpretando a Pilade en Oreste, obra de Vittorio Alfieri, gracias a la cual fue reclamado por las principales compañías teatrales italianas, coincidiendo en las mismas con actores de la talla de Paolo Stoppa y Gino Cervi.

A partir de mediados de la década de 1930, Ninchi se interesó por la industria cinematográfica, iniciándose una fructífera colaboración que le llevó a encarnar a numerosos personajes dramáticos, a menudo adaptados de la literatura, como Alfio en Cavalleria rusticana (1939), de Amleto Palermi, en la que actuaba la "sex-symbol" del Régimen Doris Duranti; el Innominado de Promessi sposi, de Mario Camerini (1941), film con un gran presupuesto; y, sobre todo, el Conde Ugolino en la película homónima de 1949 dirigida por Riccardo Freda.

A pesar de todo, también son inolvidables sus actuaciones cómicas, incluso autoparódicas, como la del personaje Pepè Le Mokò en Totò le Mokò (1949), de Carlo Ludovico Bragaglia.

Carlo Ninchi falleció en Roma, Italia, en 1974.