Ks. Carlo Maria Polvani urodził się 28 lipca 1965 r. w Mediolanie. Był uczniem Instytutu Leone XIII (Mediolan) i Collège Stanislas (Montreal). Na Wydziale Biochemii Uniwersytetu McGill (Montreal) uzyskał tytuł licencjusza (B.Sc.) w 1985 roku i doktora (Ph.D.) w 1990 roku. W 1993 r. uzyskał tytuł Master of Divinity w Weston Jesuit School of Theology (Cambridge, USA). Po uzyskaniu licencjatu z prawa kanonicznego na Papieskim Uniwersytecie Gregoriańskim, w 1996 r., trzy lata później uzyskał doktorat z prawa kanonicznego.

Student Papieskiego Seminarium Lombardzkiego (Rzym), został wyświęcony na kapłana Archidiecezji Mediolańskiej 14 lutego 1998 r., a od 2013 r. jest Prałatem Honorowym Jego Świątobliwości. Po ukończeniu Papieskiej Akademii Kościelnej został przyjęty do służby dyplomatycznej Stolicy Apostolskiej w lipcu 1999 r. i wysłany do Nuncjatury Apostolskiej w Meksyku. Od 2001 r. pracował w Sekretariacie Stanu jako szef Biura Informacji i Dokumentacji oraz Biura Technicznego Sekcji Spraw Ogólnych, a także jako przedstawiciel Stolicy Apostolskiej w Rządowym Komitecie Doradczym Internetowej Korporacji ds. Nadawania Nazw i Numerów (ICANN). W 2015 r. został mianowany członkiem Komisji ds. Mediów Watykańskich oraz Komitetu Wykonawczego ds. Technologii Informacyjnych i Komunikacyjnych Stolicy Apostolskiej. Jest autorem kilku artykułów popularnonaukowych. Oprócz języka włoskiego biegle włada angielskim, francuskim, hiszpańskim i niemieckim.