Carrie Preston fut très tôt fascinée par le monde artistique. A douze ans, elle s'occupe seule de sa troupe de théâtre, en tant qu'actrice, mais aussi productrice, auteur, costumière, metteuse en scène, et directrice de casting. Elle suit ensuite des études à l'Université d'Evansville, d'où elle sort diplômée. Elle suit ensuite des cours d'art dramatique à la prestigieuse Juilliard School.
Elle partage son temps entre son métier d'actrice (qu'elle pratique aussi bien à la télévision, au cinéma qu'au théâtre), celui de productrice, et même celui de réalisatrice.
A la télévision, on a pu la voir en guest star dans Sex and the City, Numb3rs, Lost, ou bien encore Desperate Housewives, ainsi que dans un rôle récurent dans la série True Blood. Au cinéma, elle a joué pour P.J. Hogan (la mariage de mon meilleur ami), Kiefer Sutherland (Woman Wanted), Robert Redford (la légende de Bagger Vance), Frank Oz (Et l'homme créa la femme), ou bien encore Woody Allen (Vicky Cristina Barcelona).
 
Elle est aussi à la tête de la société de production Daisy 3 Pictures.
 
Elle épouse en 1998 l'acteur Michael Emerson, avec qui elle a eu l'occasion de travailler à plusieurs reprises durant sa carrière.