Carol Creighton Burnett nació el 26 de abril de 1933 en San Antonio, Texas. La única hija de padres alcohólicos, Carol se fue a vivir con su abuela desde el principio. Criada en una pensión en Hollywood, California, Carol Burnett compensó su falta de amigos creando una hermana imaginaria inspirada en Shirley Temple. En años posteriores, confesó haberse disfrazado y correr por la pensión, tratando de engañar a los vecinos para que creyeran que la hermana era real.
Después de graduarse de la Universidad de California, Carol Burnett consiguió algunos papeles secundarios, principalmente en teatro, antes de mudarse a la ciudad de Nueva York para abordar el circuito de clubes de comedia. Con el tiempo pasó a papeles pequeños en televisión y apareció con frecuencia en programas de variedades. Fue en esos programas que Burnett se hizo conocida por su parodia de canto, «Me burlé de mí misma por John Foster Dulles». Si bien esto llevó a un papel en la comedia de situación de corta duración Stanley y otros anuncios de televisión, no fue hasta 1959 que Carol Burnett tuvo su gran oportunidad.
Carol Burnett fue elegida para el musical Once Upon a Mattress y The Garry Moore Show casi simultáneamente. Si bien ambos papeles fueron muy aclamados, fue la plétora de personajes que interpretó en el programa de Moore lo que finalmente le valió a Burnett un Emmy en 1962. Su amiga cercana Lucille Ball le ofreció su propia comedia de situación, pero se negó, por temor a quedar atrapada en un carácter único. En cambio, Carol Burnett continuó con papeles de comedia extravagantes hasta que CBS la contrató para su propio acto de variedades, The Carol Burnett Show. El programa se convirtió en un éxito instantáneo y recibió 22 premios Emmy.
The Carol Burnett Show se desarrolló hasta 1978. Después de que cesó la producción, Burnett se concentró en pequeños papeles televisivos, tanto de comedia como de drama. A mediados de la década de 1990, consiguió un papel recurrente como Theresa Stemple, la madre del personaje de Helen Hunt en la exitosa comedia Mad About You. También hizo breves apariciones en All My Children, Fresno, Mama’s Family y, más recientemente, Desperate Housewives.
Carol Burnett se ha casado tres veces y ha tenido tres hijas. La mayor, Carrie Hamilton, murió de cáncer de pulmón en enero de 2002. Carol vive en Hawai con su tercer marido, el músico Brian Miller.