Als zweitjüngstes von sieben Kindern begann Carlo Mense auf Wunsch seines Vaters eine kaufmännische Lehre, die er jedoch abbrach, um sich der Malerei zu widmen.
Nach dem Militärdienst studierte er von 1906 bis 1908 auf Rat August Mackes an der Kunstakademie Düsseldorf bei Peter Janssen. Eine Reise mit seinem Bruder, dem Maler, Philosophiestudenten und Schriftsteller Rudolf Mense (* 1882), führte ihn nach Ascona auf den Monte Verità, wo er mit der Reformbewegung in Kontakt kam, die ihn entscheidend beeinflusste. 1908 studierte Mense bei Lovis Corinth in Berlin weiter, verließ die Stadt jedoch bald wieder, um seine Studien in Weimar und München fortzusetzen.
Mense gehörte zu den Mitbegründern der Gesellschaft für Kunst, welche die Zeitschrift Der Strom herausgab. 1918 trat er der Vereinigung Das Junge Rheinland und der Novembergruppe bei. Erste Einzelausstellungen in der Galerie Neue Kunst von Hans Goltz in München und im Kunstsalon Goldschmidt in Frankfurt folgten.
Mense reiste 1920 erstmals nach Italien, wo er sich bis 1925 immer wieder längere Zeit in Positano aufhielt. Richard Seewald und weitere Maler folgten dorthin.
1937 wurde in der Nazi-Aktion „Entartete Kunst“ eine bedeutende Anzahl seiner Bilder aus dem Schlesischen Museum der Bildenden Künste und der Kunstsammlungen der Stadt (Schlossmuseum) Breslau, der Städtischen Kunstsammlungen Chemnitz, dem Städtischen Kunst- und Gewerbemuseum Dortmund, dem Museum für Kunst und Heimatgeschichte Erfurt, der Städtischen Kunstsammlung Gelsenkirchen, der Kunstsammlungen der Universität Göttingen, der Kunsthalle Hamburg, dem Wallraf-Richartz-Museum Köln, dem Staatlichen Meisteratelier Königsberg, der Städtischen Kunsthalle Mannheim, dem Landesmuseum Münster, der Städtischen Galerie Nürnberg, dem Schlossmuseum Weimar, dem Nassauischen Landesmuseum Wiesbaden und der Ruhmeshalle Wuppertal-Barmen beschlagnahmt. Fast alle wurden zerstört. Nur drei konnten nach 1945 sichergestellt werden,[1] darunter ein Exemplar der Lithografie „Die Stigmatisierung des Heiligen Franziskus“ (38,1 × 23 cm, um 1922; Blatt 9 der 5. Mappe "Neue europäische Graphik. Deutsche Künstler", Bauhaus Drucke, Weimar, 1923), das die Klassik-Stiftung Weimar 1957 zurückerhalten hat, und die Kohle-Zeichnung „Kapelle und Dorf / Eifeldorf“ (16,5 × 17 cm), die sich wieder im Erfurter Angermuseum befindet.
Nach der Teilnahme als Frontoffizier im Zweiten Weltkrieg lebte Carlo Mense ab Ende 1944 wieder am Wohnort seiner Eltern in Bad Honnef, nachdem Bombenangriffe sein Atelier in Köln zerstört hatten.[2]
1953 beteiligte er sich in der DDR mit vier Ölgemälden an der Dritten Deutschen Kunstausstellung in Dresden.[3] Zu seinem 70. Geburtstag fand 1956 eine Einzelausstellung in Königswinter statt.
Klara Drenker-Nagels: Carlo Mense: Sein Leben und sein Werk von 1909 bis 1939. Köln 1993, ISBN 3927396575.
Klara Drenker-Nagels: Carlo Mense. Der Fluss des Lebens. Verein August-Macke-Haus, Bonn 2000 (Schriftenreihe des Vereins August-Macke-Haus e.V. Band 33). ISBN 978-3-9296-0732-1
Sarah Rothe: „In einer glücklichen Periode“. Carlo Mense in Breslau. In: Dagmar Schmengler u. a. (Hrsg.): Maler. Mentor. Magier. Otto Mueller und sein Netzwerk in Breslau. Heidelberg u. a.: Kehrer 2018. ISBN 978-3-86828-873-5, S. 206–212.