Carlos Irwin Estevez nació en Nueva York en 1965, hijo de los actores Martin Sheen y Janet Sheen; y hermano de los actores Emilio Estevez, Renée Estevez y Ramon Estevez. Con su padre ha trabajado en Sin Código de Conducta. Debutó en 1974 con el telefilm The Execution of Private Slovik, donde también compartió casrtel con su progenitor, al igual que en 1979 en la película Apocalypse Now.

Otras producciones destacables son Los Chicos de al Lado (1985), Platoon de Oliver Stone, Dos Chalados y un Fiambre (1990), El Riesgo del Vértigo (1993), Con la Poli en los Talones (1994), y Postmortem (1997). Últimamente ha trabajado en Good Advice, junto a Dennise Richards y Rosanna Arquette.