Коллоди родился во Флоренции 24 ноября 1826 года. Его мать Анжиолина Орзали Лоренцини была швеей из Коллоди, города, откуда он впоследствии взял псевдоним, а отец Доменико Лоренцини был поваром. Оба родителя работали на маркграфа Джинори Лиски. Карло был старшим ребенком в семье, у него было десять братьев и сестер; семеро умерли в раннем возрасте. Большую часть своего детства он провел в городке Коллоди, где родилась его мать. Там он жил со своей бабушкой по материнской линии. После посещения начальной школы его отправили учиться в теологическую семинарию в Колле-Валь-д'Эльса. В отчете семинарии указано, что маркезе предложил финансовую помощь, но мальчик решил, что не хочет быть священником, и продолжил образование в колледже отцов Сколопи во Флоренции. В 1844 году он начал работать во флорентийском книжном магазине Libreria Piatti, где помогал Джузеппе Айацци, выдающемуся итальянскому специалисту по рукописям.
Во время Итальянских войн за независимость в 1848 и 1860 годах Коллоди служил добровольцем в тосканской армии. Его активный интерес к политическим вопросам прослеживается в самых ранних литературных произведениях, а также в основании сатирической газеты Il Lampione в 1853 году. Эта газета была подвергнута цензуре по приказу великого герцога Тосканы.[8][9] В 1854 году он опубликовал свою вторую газету, Lo scaramuccia ("Спор"). Первые публикации Лоренцини были в его периодических изданиях. Дебют состоялся в 1856 году с пьесой Gli amici di casa и пародийным путеводителем Un romanzo in vapore, оба в 1856 году. К 1860 году он опубликовал свое первое заметное произведение под названием Il signor Alberi ha ragione! ("Господин Альбери прав!"), в которой изложил свое политическое и культурное видение Италии. Именно в этом тексте Лоренцини начал использовать псевдоним Коллоди, взятый из родного города его матери.
Коллоди также начал активную деятельность в других политических газетах, таких как Il Fanfulla; в то же время он работал в Комиссии по цензуре для театра. В этот период он писал различные сатирические зарисовки и рассказы (иногда просто собирая более ранние статьи), в том числе "Macchiette" (1880), "Occhi e nasi" (1881) и "Storie allegre" (1887).
После этого Коллоди разочаровался в итальянской политике, поэтому обратился к детской литературе, и его первые работы были связаны с переводом французских сказок на итальянский язык. Так, в 1875 году он закончил "Расконти делле судьба", перевод французских сказок Шарля Перро. В 1876 году Коллоди написал "Джаннеттино" (по мотивам "Джаннетто" Алессандро Луиджи Парравичини), "Минуццоло" и "Путешествие по Италии Джаннеттино" - педагогический цикл, в котором объединение Италии рассматривалось через ироничные мысли и поступки героя Джаннеттино
Лоренцини увлекся идеей использовать приятного, плутоватого персонажа как средство выражения собственных убеждений через аллегорию. В 1880 году он начал писать "Историю марионетки" (Storia di un burattino), также называемую "Приключения Пиноккио" (Le avventure di Pinocchio), которая еженедельно публиковалась в журнале Giornale per i bambini. Пиноккио был адаптирован для фильма Диснея 1940 года, который считается одним из величайших фильмов Диснея.
Коллоди внезапно умер во Флоренции 26 октября 1890 года в возрасте 63 лет и похоронен в Cimitero Monumentale Delle Porte Sante во Флоренции.[ В 1962 году был создан Национальный фонд Карло Коллоди для развития образования и произведений Коллоди, а также парк Пиноккио, который был открыт в 1956 году в городе Коллоди и остается популярной достопримечательностью сегодня.