Carlo Levi nasce a Torino il 29 novembre 1902, in un'agiata famiglia ebraica della borghesia piemontese. Fin da ragazzo dedica molto del suo tempo alla pittura, una forma d'arte che coltiverà con gran passione per tutta la vita. Dopo avere terminato gli studi secondari, si iscrive alla facoltà di medicina all'Università di Torino. Nello stesso periodo, tramite lo zio, l'onorevole Claudio Treves - figura di rilievo nel Partito socialista - conosce Piero Gobetti, che lo invita a collaborare alla sua rivista La Rivoluzione liberale e lo introduce nella scuola di Felice Casorati, intorno alla quale gravita l'avanguardia pittorica torinese. Levi, inserito in questo contesto multiculturale, ha modo di frequentare personalità come Cesare Pavese, Giacomo Noventa, Antonio Gramsci, Luigi Einaudi e, più tardi, importante per la sua evoluzione pittorica, Edoardo Persico, Lionello Venturi, Luigi Spazzapan. Nel 1923 è a Parigi, dove viene in contatto per la prima volta con le opere dei Fauves, di Amedeo Modigliani e di Chaïm Soutine, leggendovi un incitamento alla ribellione contro la retorica fascista e la cultura ufficiale italiana. Durante questo viaggio, scrive anche il primo articolo sulla sua pittura nella rivista L'Ordine Nuovo. Si laurea in medicina nello stesso anno e rimarrà alla Clinica Medica dell'Università di Torino come assistente fino al 1928, ma non eserciterà la professione di medico, preferendo definitivamente la pittura e il giornalismo. La profonda amicizia e l'assidua frequentazione di Felice Casorati orientano la prima attività artistica del giovane Levi, con le opere pittoriche Ritratto del padre (1923) e il levigato nudo di Arcadia, con il quale partecipa alla Biennale di Venezia del 1924. Dopo altri soggiorni a Parigi, dove aveva mantenuto uno studio, la sua pittura, influenzata dalla Scuola di Parigi, subisce un ulteriore cambiamento stilistico, proseguito poi con la conoscenza, tra il 1929 e il 1930, di Modigliani. Con il sostegno di Edoardo Persico e Lionello Venturi, alla fine del 1928, prende parte al movimento pittorico cosiddetto dei sei pittori di Torino, insieme a Gigi Chessa, Nicola Galante, Francesco Menzio, Enrico Paulucci e Jessie Boswell, che lo porterà a esporre in diverse città in Italia e anche in Europa (Genova, Milano, Roma, Londra, Parigi). Levi, per una precisa posizione culturale coerente con le sue idee, considerava espressione di libertà la pittura, in contrapposizione non solo formale, ma anche sostanziale alla retorica dell'arte ufficiale, secondo lui sempre più sottomessa al conformismo del regime fascista e al modernismo ipocrita del movimento futurista.

Nel 1931 si unisce al movimento antifascista di "Giustizia e libertà", fondato tre anni prima da Carlo Rosselli. Per sospetta attività antifascista, nel marzo 1934 Levi viene arrestato, e l'anno successivo, il 15 maggio 1935, fu colpito da un secondo arresto, condannato al confino, nel paese lucano di Grassano e successivamente trasferito nel piccolo centro di Aliano. Da questa esperienza nascerà il suo romanzo più famoso, Cristo si è fermato a Eboli (nel racconto, il paese viene chiamato Gagliano imitando la pronuncia locale). Tale romanzo nel 1979 verrà anche adattato per il cinema e la televisione da Gillo Pontecorvo e Francesco Rosi. Nel 1936 il regime fascista, sull'onda dell'entusiasmo collettivo per la conquista etiopica, gli concede la grazia, e lo scrittore si trasferisce per alcuni anni in Francia, dove continua la sua attività politica. Rientrato in Italia, nel 1943 aderisce al Partito d'azione e dirige insieme ad altri Azionisti La Nazione del Popolo, organo del Comitato di Liberazione della Toscana. Nel 1945 Einaudi pubblica Cristo si è fermato a Eboli, scritto nei due anni precedenti. In esso Levi denuncia le condizioni di vita disumane di quella popolazione contadina, dimenticata dalle istituzioni dello Stato, alle quali "neppure la parola di Cristo sembra essere mai giunta". La risonanza che avrà il romanzo mette in ombra la sua attività di pittore: ma la stessa pittura di Levi viene influenzata dal suo soggiorno in Basilicata (sotto il fascismo chiamata Lucania), diventando più rigorosa ed essenziale e fondendo la lezione di Modigliani con un sobrio, personale realismo.

Sempre nel 1945 Carlo Levi intrecciò una relazione amorosa che sarà trentennale con Linuccia, figlia di Umberto Saba. Levi continuerà nel dopoguerra la sua attività di giornalista, in qualità di direttore del quotidiano romano Italia libera, partecipando a iniziative e inchieste politico-sociali sull'arretratezza del Mezzogiorno d'Italia, e per molti anni collaborerà con il quotidiano La Stampa di Torino. Nel 1954 aderisce al gruppo neorealista e partecipa alla Biennale di Venezia con apprezzabili dipinti, in chiave realistica come la sua narrativa. Dopo Cristo si è fermato a Eboli, di grande interesse sono Le parole sono pietre, del 1955, sui problemi sociali della Sicilia (vincitore nel 1956 del Premio Viareggio), Il futuro ha un cuore antico (1956), Tutto il miele è finito (1965), e L'orologio, pensosa e inquieta cronaca degli anni della ricostruzione economica italiana (1950). Nel 1963, per dare peso alle sue inchieste sociali sul degrado generalizzato del paese, e mosso dal desiderio di contribuire a modificare una politica stratificata su un immobilismo di conservazione di certi diritti acquisiti anche illegalmente, passa dalla teoria alla pratica e, convinto dagli alti vertici del partito comunista, incomincia a svolgere politica attiva. Candidato a un seggio senatoriale, viene eletto per due legislature Senatore della Repubblica (la prima volta nel collegio di Civitavecchia, nel secondo mandato nel collegio di Velletri) come indipendente del Partito comunista italiano. Nel gennaio 1973 subisce due interventi chirurgici per il distacco della retina. In stato temporaneo di cecità riuscirà a scrivere Quaderno a cancelli, che sarà pubblicato postumo nel 1979 senza la parte finale recentemente recuperata dallo studioso Sperduto, e a tracciare 146 disegni.

Levi tornò ad Eboli agli inizi degli anni Settanta, durante una visita in incognito, ricevendo dal Comune la cittadinanza onoraria. Nel dicembre 1974 donò al Comune una cartella di 7 litografie ispirate al Cristo si è fermato a Eboli, pubblicata dall'editore Esposito di Torino e conservate nel Comune di Eboli. Muore a Roma il 4 gennaio 1975. La salma dello scrittore torinese riposa nel cimitero di Aliano, dove volle essere sepolto per mantenere la promessa fatta agli abitanti, lasciando il paese a conclusione dell'esilio, di ritornarvi. Il 25 gennaio 1975 la salma di Carlo Levi, durante il suo ultimo viaggio verso Aliano, transitò ad Eboli, prima presso la Stazione ferroviaria e poi in Piazza della Repubblica, dove gli Ebolitani omaggiarono il proprio cittadino onorario che, col suo celebre romanzo, ha consegnato il nome della città nell'Olimpo della Letteratura mondiale.