Carl Willis est drafté une première fois le 7 juin1982 par les Giants de San Francisco. Il repousse l'offre et poursuit ses études supérieures à l'Université de Caroline du Nord à Wilmington.
Willis rejoint les rangs professionnels à la suite de la draft de au cours de laquelle il est sélectionné par les Tigers de Détroit[1]. Il débute en Ligue majeure le 9 juin1984 avant d'être transféré chez les Reds de Cincinnati le 1984.
Libéré de son contrat chez les Twins du Minnesota le 4 mai 1995, Willis revient chez les Angels en juin mais évolue seulement en Triple-A lors de la deuxième partie de la saison 1995.
Quittant les Mariners après la saison 2013, il accepte un poste d'assistant spécial chez les Indians de Cleveland, qui lui offrent pour 2015 le poste d'instructeur des lanceurs des Clippers de Columbus, un de leurs clubs affiliés en ligues mineures[3]. Après un seul mois à Columbus[2], il quitte le pour accepter un nouveau poste d'instructeur des lanceurs au niveau majeur: celui des Red Sox de Boston, qui viennent de congédier Juan Nieves[4].
