De madre española y padre mexicano, estudió el bachillerato en Madrid y la carrera de Filosofía y Letras en Barcelona, España. En 1936 comenzó su carrera de periodista en los diarios Ahora y Estampas, de Madrid; de 1942 a 1948 colaboró en las revistas Liceo, Siluetas y Menaje, en Barcelona. Durante la guerra civil los franquistas fusilaron a su esposo, el capitán de Aviación Virgilio Leret, y ella fue encarcelada durante cinco años en la prisión de Victoria Grande, en Melilla, Marruecos. Nueve años después, el gobierno de Franco le permitió salir del país, estableciéndose en Caracas, Venezuela, donde trabajó como reportera de los periódicos mexicanos El Heraldo, El Nacional y Últimas Noticias. De 1955 a 1958 trabajó en Publicidad ARS de Caracas, en el Departamento de Producción de Radio cuyo director era Alejo Carpentier; también escribió y dirigió programas en la emisora Radio Continente de la misma ciudad. Finalmente llegó a México en 1958 y obtiene la nacionalidad mexicana. Durante mucho tiempo dirigió programas radiofónicos en la xew y trabajó como directora y productora en Televicentro. Pertenece a la Asociación de Escritores de México (aem) y fue fundadora de la Unión de Periodistas y Escritoras de México.

Diversos géneros literarios como el ensayo, la poesía, el teatro y la novela, han sido tratados por Carlota O’Neill. Romanzas de las rejas, prosa poética, narra el drama personal que vivió su autora a lo largo de su penoso cautiverio; Una mexicana en la guerra de España es un doloroso documento humano colmado de emotividad y de claro aliento poético. La narración comienza pocos días antes de la insurrección republicana y se prolonga más allá de la consumación de la victoria franquista y el estallido de la segunda guerra mundial.