Figlio di un fioraio, appassionato di musica fin da bambino, Carmelo Pagano impara da autodidatta a suonare il pianoforte, la fisarmonica e la chitarra; inizia a studiare da elettrotecnico, ma contemporaneamente forma un complesso con alcuni amici, con cui inizia ad esibirsi in tutta la Sicilia presentando canzoni dei Beatles e dei Rolling Stones.
Partecipa ad alcuni concorsi canori come cantante solista, vincendone uno nel 1965, Le ugole verdi.
Nel 1967 l'artista prende parte al Festival di Sanremo, presentando in coppia con Roberta Amadei il brano Devi aver fiducia in me , che non si qualifica per la serata finale. Nello stesso anno partecipa al Cantagiro con Va (sul retro del 45 giri vi è Vivrò, versione in italiano di My Prayer dei Platters), ed incide la canzone Il giorno tutto giusto, scritta dal maestro Bruno Canfora e contenuta nella colonna sonora del film Spia spione, con Lando Buzzanca.
Continua ad incidere le sue canzoni, ma contemporaneamente compone musiche per alcuni programmi televisivi della Rai.
All'inizio degli anni '70 inizia la crisi musicale per i cantanti e complessi degli anni '60 più o meno famosi. Nel 1973 per gravi ragioni familiari è costretto ad allontanarsi dal mondo musicale, pur continuando ogni tanto ad esibirsi dal vivo.
Nel 2008, dopo alcuni anni di inattività, pubblica un album contenente un'intensa rivisitazione di Bugiarda e incosciente, successo di Mina (versione in italiano di La tieta di Joan Manuel Serrat), la reincisione de L'amore se ne va e due sue nuove canzoni, Questo amore e Il fine settimana.
Il 9 dicembre 2011 ritorna in televisione, partecipando a I migliori anni, il programma condotto da Carlo Conti su Raiuno, presentando L'amore se ne va.
Autori Vari (a cura di Gino Castaldo), Il dizionario della canzone italiana, editore Armando Curcio (1990); alla voce Pagano Carmelo, di Dario Salvatori, pag. 1255