A pesar de haber nacido en París, Carloto Cotta tiene la nacionalidad portuguesa. La carrera del actor comenzó en la telenovela de producción lusa Lusitana Paixão. A partir de ahí, se convirtió en un rostro conocido en la televisión y, más tarde, en el cine del país vecino.

En 2009, Cotta protagonizó Arena, un cortometraje portugués del cineasta João Salaviza, que recibió la Palma de Oro, el principal trofeo del certamen, en el Festival de Cannes. En la trama, el actor interpreta a un hombre que está bajo arresto domiciliario y experimenta un acercamiento con un grupo de jóvenes que están bajo su ventana. Ese mismo año, ganó fama internacional con la película Tabú y entre sus trabajos más destacados están los largometrajes Diamantino (2019) y Frankie (2019).

El acor ha dado el salto internacional con el filme You Won’t Be Alone, un drama de fantasía y terror protagonizado por Noomi Rapace. Ambientada en la Macedonia del siglo XIX, la película sigue a una joven transformada en bruja, que acaba matando a un campesino y adoptando su forma física. Estrenada en el Festival de Cine de Sundance en 2022, la película ha sido alabada por la crítica y tiene un 91% de nota en Rotten Tomatoes.

En 2022 Carloto Cotta se incorpora a la serie Élite, donde interpreta a Cruz, un futbolista millonario que es el padre de Iván: un nuevo personaje interpretado por el actor brasileño André Lamoglia.