Nació en Cuba y en 1969 obtuvo la nacionalidad chilena. Inició sus estudios artísticos en 1925 en la Academia de San Alejandro en La Habana. En 1932 viajó a Europa para perfeccionarse en Artes Gráficas en la Escuela San Fernando de Madrid. Dejó España con motivo de la guerra civil y continuó sus estudios en México donde tomó contacto con el movimiento muralista.

Recorrió Francia, Estados Unidos y Cuba, donde fue reconocido como pintor, muralista, dibujante, grabador y académico. Presenció diversos conflictos bélicos en Europa y Latinoamérica, que marcarían su vida y carrera.

Amigo del poeta Pablo Neruda y casado con la pintora chilena María Luisa Bermúdez, viajó a Chile por primera vez en 1948, invitado para exponer en la Sala del Pacífico.

Más tarde, en 1956 recibió una invitación de la Universidad de Chile para dictar el curso "Evolución del Arte Actual", dos años después se radicó en nuestro país y en 1964 se casó con la pintora Ida González.

En 1959, junto a Nemesio Antúnez y otros artistas y arquitectos fundó la Escuela de Arte de la Pontificia Universidad Católica, ejerciendo como profesor de los Talleres de Pintura hasta el año 1969, cuando fue nombrado Subdirector de dicha Escuela.

En 1982 recibió el Premio Nacional de Arte mención Pintura. Durante 2013 en el marco del Homenaje a 100 años de su natalicio, en el Museo Nacional de Bellas Artes, se creó la Fundación Mario Carreño, liderada por sus hijas, dedicada a la difusión de su obra.