Гімнастикою почала займатися з 6-річного віку. Тренувалася по 30 годин на тиждень[1]. Її головним елементом вважаються вільні вправи і вправи на колоді. Стала чемпіонкою на Олімпійський ігор 2004 року в особистому багатоборстві.
Після закінчення спортивної кар'єри пробує себе як співачка.
З 3 листопада 2012 року Карлі одружена з консультантом зі стратегії Марком Колдвеллом, з яким вона зустрічалася три роки до їх весілля. У подружжя є двоє дітей — син Грем Мітчелл Колдвелл (нар. 10.10.2017[2]) і дочка Еммалін Рей Колдвелл (нар. 12.02.2019[3]). У 2016 році, до вагітності своїм первінцем, Паттерсон перенесла викидень[4].