È considerata una delle più grandi ballerine del ventesimo secolo. Nel 1981, il New York Times l'ha definita "prima ballerina assoluta". A partire dal 1946, Carla Fracci studiò alla Scuola di Ballo del Teatro alla Scala sotto la guida di Edda Martignoni, Vera Volkova ed Esmée Bulnes, diplomandosi nel 1954. Due anni dopo, divenne solista e successivamente prima ballerina nel 1958. Nel marzo del 1955, partecipò allo spettacolo di diploma della Scuola di Ballo della Scala, danzando con Mario Pistoni ne "Le Spectre de la Rose" di Michel Fokine, dopo una produzione de "La Sonnambula" diretta da Leonard Bernstein, con la regia di Luchino Visconti e con Maria Callas come protagonista. Il 31 dicembre 1955, ottenne il suo primo ruolo importante, sostituendo Violette Verdy nella "Cenerentola" di Alfred Rodrigues. Nel 1957, Anton Dolin la scelse per danzare nella storica ripresa del *Pas de Quatre* di Perrot-Pugni al Festival di Nervi, al fianco di Alicia Markova, Yvette Chauviré e Margaret Schanne, le ballerine di punta dell'epoca. Questa performance le valse uno straordinario successo internazionale. La sua fama si consolidò ulteriormente nel 1958, quando John Cranko creò per lei un balletto *Romeo e Giulietta*, sulle musiche di Prokofiev, rappresentato dalla compagnia del Teatro alla Scala al Teatro Verde di San Giorgio Maggiore a Venezia. Danzò con alcune delle più importanti compagnie di balletto internazionali, come il London Festival Ballet, il Sadler's Wells Ballet (oggi noto come Royal Ballet), il Royal Danish Ballet, lo Stuttgart Ballet, i Ballets de Monte-Carlo, l'Australian Ballet, il Tokyo Ballet, il Balletto del Teatro Colón di Buenos Aires e il Balletto Nazionale di Cuba. Dal 1967, divenne prima ballerina ospite dell'American Ballet Theatre.
È rinomata per le sue interpretazioni di ruoli romantici e drammatici, come *Giselle*, il suo ruolo simbolo, *La Sylphide*, *Romeo e Giulietta*, *Coppélia*, *Francesca da Rimini* e *Medea*. Ha danzato con i principali ballerini, tra cui Erik Bruhn, Rudolf Nureyev, John Gilpin, Milorad Miskovitch, Vladimir Vasiliev, Henning Kronstam, Mikhail Baryshnikov, Niels Kehlet, Alexander Godunov, Antonio Gades, Andris Liepa, Gheorghe Iancu, Paul Chalmer, Alessandro Molin, Daniel Ezralow, Massimo Murru e Roberto Bolle. Nel 1969 è stato realizzato un film basato sulla sua interpretazione di *Giselle* con Bruhn e l'American Ballet Theatre.[2] Il suo repertorio comprendeva *Medea*, *Concerto Barocco*, *Les Demoiselles de la Nuit*, *Il gabbiano*, *Pelléas et Mélisande* e *Il fiore di pietra*.
Nel 1982, fu protagonista di un dramma televisivo: apparve nella miniserie RAI *Verdi*, diretta da Renato Castellani, interpretando il ruolo di Giuseppina Strepponi, soprano e seconda moglie del compositore.[3] Alla fine degli anni '80, diresse la compagnia di balletto del Teatro di San Carlo di Napoli. Negli anni successivi, si esibì in diverse produzioni, tra cui *Il pomeriggio di un fauno*, *Onegin*, *La vita di Maria* e *A.M.W.*. *La bambola di Kokoschka* e *La primavera romana della signora Stone* – per citare le più importanti – furono tra le produzioni dirette da Beppe Menegatti.
Dal 1996 al 1997 ha diretto la compagnia di balletto dell'Arena di Verona. È diventata membro dell'Accademia di Belle Arti di Brera nel 1994, ha ricoperto la carica di presidente dell'associazione ambientalista Altritalia Ambiente a partire dal 1995 ed è stata nominata Ambasciatrice di buona volontà della FAO nel 2004. Nel 1997 è stata ospite della serata conclusiva del 40° Festival Zecchino d'Oro, dove ha consegnato una medaglia di partecipazione a Yumiko Ashikawa.
Da novembre 2000 a luglio 2010 ha diretto la compagnia di balletto del Teatro dell'Opera di Roma. Ha curato sia il repertorio tradizionale che le opere associate a Sergej Djagilev e ai Balletti Russi, spaziando da La sagra della primavera e Jeux (nella ricostruzione di Millicent Hodson e Kenneth Archer) a Sheherazade, L'uccello di fuoco e Petrushka (nelle versioni di Andris Liepa). Parallelamente a questo lavoro, ha messo in scena riprese di balletti perduti e nuove creazioni, sempre sotto la direzione di Beppe Menegatti. Nel 2008 ha collaborato con la band comic rock Elio e le Storie Tese al loro album *Studentessi*, eseguendo un intermezzo parlato alla fine della canzone "Effetto memoria (Inverno)" che introduce il brano "Heavy Samba".[4][5] Dal giugno 2009 al 2014 è stata Assessore alla Cultura della Provincia di Firenze. Nel dicembre 2013, Arnoldo Mondadori Editore ha pubblicato la sua autobiografia, *Passo dopo passo*, a cura di Enrico Rotelli.[6] È stata ambasciatrice di Expo 2015. Nel 2016 ha presentato il libro *Ballerina* di Roberto Baiocchi (pubblicato da Giunti Editore)[7], per il quale ha scritto la prefazione e ha collaborato artisticamente con il marito, il regista Beppe Menegatti. Nel 2018 si è esibita con Elisa con la canzone "Luce (tramonti a nord est)" nello show *Amici di Maria De Filippi*. È scomparsa la mattina del 27 maggio 2021, all'età di 84 anni, nella sua casa di Milano, a causa di un cancro.
