Nacido en Bilbao, de padre aragonés, y familia proveniente de Burgos. Carlos llegó a decir: "solo he discutido con mi padre por el fútbol, porque yo soy muy del Atlhletic Club y él era del Real Zaragoza, muy del Zaragoza".
En 1980 creó en Bilbao el grupo teatral La Espuela, que se mantuvo activo hasta 1986 y en ese tiempo representó La dama del alba de Alejandro Casona, ¡Viva el Duque, nuestro dueño! de Alonso de Santos y Balada de los tres inocentes de Pedro Mario Herrero.
Paralelamente, se licenció en Derecho por la Universidad de Deusto y fue profesor de Publicidad de la Universidad del País Vasco desde 1987 hasta 1997.
En 1987, y junto al también profesor y crítico teatral Pedro Barea fundó el Aula de Teatro de la Universidad, donde realizó labores de interpretación, dirección y producción, además de ser el coordinador hasta 1995. Esta iniciativa recibió el Premio Ercilla a la mejor labor teatral en 1994.
En ese mismo año empezó a trabajar para la televisión autonómica vasca (Euskal Telebista) como el guionista de Boulevard, programa presentado por Anne Igartiburu. En 1995 fue uno de los creadores del concurso Los jueves, mudanza, emitido por TVG. Debutó como presentador en Euskal Telebista al frente del programa mensual Ciudadanos y posteriormente con el magacín diario Arde la tarde, junto al conocido actor porno Torbe.
En 1996 debutó en el cine, como protagonista, con La Veneno, de la película Rigor mortis de Koldo Azkarreta.
En 1997 saltó a la televisión nacional, presentando en TVE2 el espacio semanal PC Adictos. Su popularidad llegaría a raíz de su intervención en series como Al salir de clase o Quítate tú pa' ponerme yo, ambas de Telecinco.
El salto definitivo a la fama lo da en 1999 cuando Telecinco le encarga presentar el concurso diario, 50 por 15 ¿Quiere ser millonario?. Con este espacio logró tres premios TP de Oro -entre ellos el de mejor presentador-, el Premio Zapping o el premio Sexta Avenida al mejor comunicador. Su peculiar modo de realizar las preguntas, arqueando las cejas, le dio gran popularidad.
Lo campaginó con concursos en televisiones autonómicas, entre los que destaca Date el bote, en ETB2, que estuvo siete temporadas en emisión (2002-2009), al que llega sustituyendo a Jorge Fernández, quién lo abandonó para fichar por Telecinco.
Mientras participó en películas como Fin de trayecto de Pedro Zancajo, El forastero de Federico García Hurtado, ¡¡¡Hasta aquí hemos llegado!!! de Yolanda García Serrano o La camisa del revés de Javier Elorrieta. En teatro, protagonizó junto a Àngels Gonyalons la obra Palabras encadenadas, bajo la dirección de Tamzin Townsend.
En 2004 abandonó Telecinco para incorporarse a Antena 3 Television, que le encargó la conducción de concursos, como ¿Hay trato?, Números locos, 1 contra 100, El invento del siglo o Jeopardy, la mayoría cancelados de forma prematura por sus resultados de audiencia.
También en Antena 3 Television, Sobera vuelve a ponerse al frente de 50x15, bajo el título ¿Quién quiere ser millonario?, que logra convertirse en el concurso más visto de televisión en España en 2006, con más de tres millones de espectadores y un 23% de cuota de pantalla. Ganó dos premios TP de Oro al mejor concurso en 2005 y 2006, y una nominación para Sobera como mejor presentador de programas de entretenimiento en 2005.
En abril de 2008 se anunció su fichaje por Televisión Española. El 9 de julio de ese año debutó como presentador de La Primera con el concurso Canta! Singstar, aunque semanas antes ya había ejercido de maestro de ceremonias en la gala de entrega de los Premios ATV 2007, emitida por la misma cadena. A lo largo del 2009 presentó el programa Los mejores años de nuestra vida, con éxito de audiencia. Tanto como para poner en marcha una gira teatral basada en el programa. Seis meses después, en enero de 2010 comienzó a presentar el concurso La lista, en La 2.
Ese mismo año trabajó en la televisión 7RM de Murcia donde presentó el programa de televisión Consumidores, centrado en los derechos de los consumidores, también lo presentará en ETB2, junto a Adela González meses después.
En febrero de 2011 volvió a Antena 3, con un concurso Atrapa un millón, basado en el formato británico The Million Pound Drop Live, en este caso en Antena 3. Se mantuvo en antena hasta el 8 de septiembre de 2014. En marzo de 2011, en la misma cadena, presentó el concurso diario El tercero en discordia, siendo retirado pocas semanas después, y en 2012, el programa Avanti ¡que pase el siguiente! con colaboraciones como la del Mag Lari o Angy Fernández., que finalizó el 3 de agosto El 31 de diciembre de 2015 dejó Atresmedia después de presentar las campanadas en Antena 3.
Fichado por Mediaset, en abril de 2016 comenzó a presentar en Cuatro, el programa de citas First Dates.Durante el mes de agosto comienza a presentó en La Sexta el programa ¡Eso lo hago yo!, que había grabado en 2014.
Presentó las campanadas en Mediaset en 2016, convirtiéndose en uno de solo dos presentadores que las han dado en todas las tres cadenas nacionales. A causa de la retransmisión en Cuatro de las campanadas de Telecinco, Sobera es el único presentador que ha dado las campanadas en cuatro canales.
En 2016 adquirió el Teatro Reina Victoria de Madrid, por 7 millones de euros y en 2018 lo vendió por 9,4 millones de euros a Pescaderías Coruñesas, cuyo fundador, Evaristo García Gómez, adquirió a la sociedad Arequipa Producciones de Sobera, que estaba en números rojos. Sobera la habría creado en 2003, incorporándose su mujer Patricia Santamarina cinco años después. Hasta 2028 las cuentas fueron bien gracias a producir sus propias obras de teatro.
En 2019, Mediaset lo introdujo en sus reality shows como uno de sus rostros habituales junto a presentadores como Jorge Javier Vázquez o Jordi González. Desde entonces, ha contado con él para la conducción de las segundas galas semanales de espacios como Supervivientes, Gran Hermano VIP o Secret Story: La casa de los secretos. También ha sido el conductor principal de la versión con concursantes anónimos de este último formato, así como de la tercera edición de Gran Hermano Dúo.
También en Telecinco presentó el formato Volverte a ver dentro del prime time de la cadena (2018-2021), compaginándolo con las grabaciones de First Dates.
A finales del 2025, Carlos Sobera presentó la gala del medio Okdiario.
En septiembre de 2026, se puso al frente del concurso Rueda la letra, que incluía la prueba El rosco, que durante más de 25 años fue el colofón de Pasapalabra.