Iniciou os seus estudios musicais con oito anos e sendo aínda moi novo trasladouse a Madrid para estudiar Arquitectura, carreira que abandonou para dedicarse por completo á música. A finais do século XIX e en setembro do ano 1900 deu algúns concertos en Pontevedra, a súa cidade natal. Tras perfecciona-los seus estudios musicais e vivir catorce anos en Nova Iorque, estableceuse en Londres en 1898. Deu importantes recitais en Estados Unidos e en países europeos como Dinamarca, Austria, Inglaterra, Holanda, Polonia e Alemaña, onde conseguiu grandes éxitos. En 1905 foi nomeado profesor da Royal Guild-Hall School of Music de Londres.
En Londres estreou a Sinfonía sobre un canto montañés francés, coñecida tamén como Sinfonía Cénevole, de Vincent D'Indy, para piano e orquestra.
Carlos Sobrino deu recitais conxuntos con importantes artistas como Sarasate, Adelina Patti, Rabos e Rubio.