Carla Shatz se graduó de Radcliffe College en 1999 con una Licenciatura en Química. Tuvo el honor de recibir una Beca Marshall para estudiar en University College London, donde recibió un M.Phil. en Fisiología en 1971. En 1976, recibió un Ph.D. en Neurobiología de la Escuela de Medicina de Harvard, donde estudió con el Laureado del Premio Nobel David Hubel y Torsten Wiesel. Durante este periodo, se le designó como Miembro Auxiliar en Harvard.

Desde 1976 a 1978 obtuvo una capacitación de postgrado con el Dr. Pasko Rakic en el Departamento de Neurociencia, donde comenzó sus estudios en el desarrollo del sistema visual en los mamíferos en el Departamento de Nuerobiología en 1989. En 1992 trasladó su laboratorio al Departamento de Biología Molecular y Celular en la Universidad de California, Berkeley, donde fue Profesor de Neurobiología e Investigador del Instituto Médico Howard Hughes.

En abril de 2000 asumió la Dirección del Departamento de Neurobiología en la Escuela de Medicina de Harvard como Profesor de Neurobiología Nathan Marsh Pusey. Sus estudios de cómo los organizados grupos de conexiones presentes en el cerebro adulto se entrelazan durante el desarrollo le han dado grandes honores, incluido el Premio de la Sociedad para Jóvenes Investigadores en Neurociencia en 1995, el Premio Silvio Conte de la Fundación Nacional para Investigación Cerebral en 1993, en 1995 el Premio Charles A. Dana por Logros Pioneros en Salud y Educación, el premio Alcon en 1997 por Contribuciones Sobresalientes a la Investigación en Visión, en 1999 el Premio Bernard Sachs de la Sociedad de Neurología Infantil, y en 2000 el Premio del Instituo Wiezman para Mujeres y Ciencia. La relevancia de su investigación sobre el aprendizaje y desarrollo dellos niños se ha reconocido en muchos lugares, incluido Time Magazine, y por el presidente y Primera Dama Hillary Clinton, quien invitó a Dr. Shatz a hablar en Conferencia en la Casa Blanca sobre el Desarrollo y Aprendizaje en los primeros años de la infancia en 1997. En 1992, fue seleccionada para la Academia Norteamericana de Artes y Ciencias, en 1995 para la Academia Nacional de Ciencias, en 1997 para la Sociedad Filosófica Norteamericana, y en 1999 para el Instituto de Medicina.  

Dr. Schatz fue presidente en el pasado (1994-1995) de 26.000 miembros de la Sociedad de Neurociencia y prestó servicios en el Consejo de la Academia Nacional de Ciencias de 1998 a 2001.