Laureato in Medicina e Chirurgia presso l'Università La Sapienza di Roma e attualmente Professore in Oncologia Medica presso l'Università di Ferrara. Il Prof. Carlo M. Croce ha svolto la sua attività sia di ricerca che didattica soprattutto presso Università americane. E' stato professore di Genetica umana presso la University of Pennsylvania dal 1980 al 1988, professore di Patologia generale presso la Fels University di Philadelphia (1988-91), di Medicina pediatrica presso il Children's Hospital di Philadelphia, e di Oncologia molecolare presso la Thomas Jefferson University di Philadelphia. Ha ricoperto numerosi ruoli accademici quali Associate Director del Wistar Institute di Philadelphia, Direttore del Fels Institute for Cancer Research presso la Fels University, di Direttore del Kimmel Cancer Center, della Jefferson University di Philadelphia e ricopre il ruolo di Direttore dell'Istituto diGenetica presso il Comprehensive Cancer Center del Ohio State University. E' stato editor-in-chief della rivista Cancer Research dal 1990 al 2000.

La sua attività scientifica lo ha portato a scoperte di rilevanza fondamentale nella ricerca oncologica: nel suo laboratorio è stata scoperta la giustapposizione dei geni delle immunoglobuline e gli oncogeni MYC, BCL1, BCL2 e TCL1, che vengono così attivati nelle leucemie linfoidi B e T. Ha anche scoperto l'attivazione mediante traslocazione degli oncogeni ABL e ALL1 in leucemie mieloidi acute, ed il ruolo di microRNA nella leucemogenesi umana. Ha inoltre svolto studi fondamentali in tumori solidi che lo hanno portato ad identificare e caratterizzare diversi geni oncosoppressori, in particolare FHIT, le cui potenzialità oncosoppressorie sono ora saggiate in sperimentazioni cliniche di terapia genica anti-tumorale.

Gli studi più recenti, lo hanno portato a scoprire il coinvolgimento di microRNA nella tumorigenesi umana. In particolare, ha svolto studi che hanno dimostrato la deregolazione dell'espressione di microRNA in tumori umani ed ha dimostrato il ruolo oncogenico del miR-155, del cluster miR-106b-25, del cluster miR-221-222 ed oncosoppressorio del cluster miR-15a/16-1. Il suo lavoro rappresenta la più ampia produzione scientifica su microRNA e cancro di un singolo laboratorio.

E' autore o coautore di oltre 600 pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali ed ha ricevuto decine di finanziamenti da enti pubblici e privati per svolgere attività di ricerca.

I suoi studi hanno avuto ampio riconoscimento nella comunità scientifica internazionale, come evidenziato dal conferimento di numerosi premi, quali l'Eagles Fly Award for Leukemia Research ed il Mott Prize della General Motors Cancer Research Foundation. E' membro della prestigiosa Accademia delle Scienze americana. Per meriti scientifici, gli stata conferita l’onoreficenza di Cavaliere di Gran Croce dal Presidente della Repubblica Italiana.