Carl Mortensen begann als Schnitzer und besuchte später die Kunstakademie, von wo er 1886 als Modeler graduierte. Später konzentrierte er sich hauptsächlich auf Porzellanmalerei.

Als Porzellanmaler wurde er Teil des ständigen Mitarbeiters in Royal Copenhagen. In seiner Eigenschaft als permanenter Maler bei Royal Copenhagen wurde er 1894 nach Sankt Petersburg geschickt, um die Mitarbeiter der Imperialen Porzellanfabrik in den von Royal Copenhagen verwendeten Techniken zu unterrichten.

Er war Mitbegründer der dänischen Bildhauervereinigung.