Estudió Leyes en la Facultad de Derecho de la Universidad de Uruguay. Escribió crítica teatral para el diario El País, de Montevideo, en 1942. Publicó sus primeros cuentos en las revistas Número, Asir, Ficciones y Marcha, en este último suplemento escribió ensayos sobre literatura dramática, poesía, narrativa y asuntos políticos, hasta el cierre de la publicación. Estuvo en la redacción de El Diario, entre 1943 y 1970. Ocupó altos cargos en el Poder Judicial de Uruguay; fue presidente del Consejo del Niño; defensor de oficio en materia criminal y civil. Destacó en la defensa de los presos políticos antes y después del golpe de estado en 1973. Fue miembro del Consejo Directivo de la Facultad de Derecho y Ciencias Sociales y vicepresidente del Colegio de Abogados de Uruguay; subsecretario del Ministerio de Cultura; en 1973 fue designado presidente de la Comisión de Derechos Humanos por la Universidad de la República y primer titular del Claustro de la Facultad de Derecho y Ciencias Sociales, actividades que no desarrolló por la ocupación militar de los recintos universitarios. Por su defensa del candidato a la presidencia del Frente Amplio Uruguayo, general Liber Seregri, emigró primero a España y después a México. Fue profesor en la Facultad de Ciencias Políticas y Sociales (fcpys) de la Universidad Nacional Autónoma de México (unam), colaborador de las revistas Cuadernos de Marcha y La Palabra y el Hombre y del diario La Jornada.

Carlos Martínez Moreno fue cuentista, novelista, crítico de literatura y ensayista político. Sus cuentos son de carácter autobiográfico. "Los sueños buscan el mayor peligro" y "Los días escolares" son recuerdos de la niñez o imágenes de un niño que vislumbra el futuro; los protagonistas son de clase media y de un medio urbano donde predominan la soledad, el fracaso y la angustia. Esta misma perspectiva la desarrollará Martínez Moreno en sus novelas basadas en sucesos reales, a veces de resonancia periodística por sus referencias históricas de su país. El paredón es una novela que muestra una visión de América Latina a través de la Cuba en plena Revolución de Fidel Castro. Con las primeras luces presenta la realidad uruguaya, el remplazo generacional de generales por abogados, la era de los combates de la "Guerra Grande", las especulaciones de la bolsa y el fin de una generación o de una clase que se formó en el siglo xix. Coca describe la realidad boliviana. En Tierra en la boca elabora un llamativo sistema de cambios de registros a partir del habla rioplatense. [No se entiende]. Su última novela, El color que el infierno me escondiera, relata el final de los tupamaros.