Había nacido en California en el seno de una familia de músicos: madre pianista y padre organista en una iglesia donde dirigía un coro. Desde muy pequeña, la niña conoció la música religiosa antes de ser presa del demonio del jazz cuando era adolescente. Tras descubrir el álbum Exploraciones de Teo Macero en 1953, el pequeño provinciano llegó a Nueva York en busca de emociones fuertes. Los conciertos de Lionel Hampton, Gerry Mulligan y Chet Baker se lo proporcionarán. Incluso consiguió un pequeño trabajo en Birdland, un famoso club donde vendía cigarrillos, peluches y fotografías. Una noche se le acercó el pianista Paul Bley. Se casó con este hombre que fue el primero en grabar una de sus composiciones. Si el matrimonio fracasa, su colaboración continuará con gran vigor. Pronto, sus canciones le permitieron hacerse un nombre.

En 1965, junto con su segundo marido, Michael Mantler, fundó su primera big band, la Jazz Composers Orchestra. También trabaja con el gran Charlie Haden. Poco a poco, Carla Bley se convirtió en una figura de vanguardia. Su Escalera mecánica sobre la colina, estrenada en 1971, lo estableció. La ópera, cuyo libreto está escrito por el poeta canadiense Paul Haines, incluye a más de 50 músicos, incluidos algunos invitados como el guitarrista inglés John Mclaughlin, el ex bajista de Cream Jack Bruce y la cantante estadounidense Linda Ronstadt. Esta deslumbrante síntesis de hora y media elimina las fronteras entre el jazz, el pop, el cabaret al estilo Kurt Weil, el soul y el rock progresivo. Bley lo consideró un equivalente al Sgt Pepper de los Beatles. Después de tres años de trabajo y devorar todos sus ahorros, el álbum lo estableció definitivamente en la cima.

Colaboradora muy solicitada, desde Nick Mason y Robert Wyatt hasta Mick Taylor, muy ecléctica, figura muy apreciada por el público europeo, la joven con flequillo se convirtió en sinónimo de alto nivel. Con Steve Swallow, continuará lo mejor de una inspiración que la convirtió en una de las más grandes compositoras de jazz, no lejos de sus mentores, Duke Ellington y Gil Evans.