Underwood creció en el pequeño pueblo de Checotah, Oklahoma, y comenzó a cantar en su iglesia a la tierna edad de tres años. Actuó durante toda su infancia y, con el tiempo, pasó a presentarse en festivales en varios estados. Además de desarrollar su talento para el canto, aprendió a tocar la guitarra y el piano. Se graduó de la preparatoria como la segunda mejor estudiante de su clase y se especializó en comunicación de masas en el Northeastern State College, con la intención de dedicarse al periodismo televisivo, pero continuó con su carrera como cantante durante sus estudios.

Cuando ya estaba en su último año de carrera, a solo unos créditos de obtener su título, Underwood se enteró de las audiciones para la temporada 2005 de American Idol. Se presentó a las audiciones del programa en St. Louis, Missouri, y su encanto inocente y su voz pura y hermosa le valieron no solo un lugar entre los 12 finalistas, sino también el título de American Idol 2005. Su primer sencillo, «Inside Your Heaven», salió a la venta ese verano, y terminó de grabar su primer álbum tras completar la gira American Idols Live! El álbum Some Hearts se lanzó más tarde ese otoño y se convirtió en un gran éxito, vendiendo más de 300 000 copias en su primera semana y llegando a alcanzar la cifra de platino nada menos que siete veces. El sencillo principal del álbum, «Jesus, Take the Wheel», también fue un gran éxito, encabezando la lista Hot Country Songs de Billboard durante seis semanas.

La aclamación por el álbum y el sencillo se extendió hasta el 2006, cuando Some Hearts volvió a ingresar al Top Ten de Billboard tras la aparición de Underwood en la final de American Idol de 2006. Mientras tanto, «Jesus, Take the Wheel» ganó el premio al Sencillo del Año en los Premios de la Academia de Música Country (donde también ganó el premio a la Mejor Nueva Vocalista Femenina); un Premio Dove de la Asociación de Música Gospel; y los premios al Video Revelación y al Mejor Video Femenino en los Premios CMT, lo que la convirtió en la única ganadora de dos premios en el evento.

A pesar de su agitada carrera como estrella de la música country —que incluyó continuar con su gira hasta el otoño de 2006—, Underwood encontró tiempo para terminar su carrera universitaria. «Before He Cheats» se lanzó como su tercer sencillo a finales de 2006 y se convirtió en su tercer número uno en las listas de música country y en su cuarto éxito número uno en total. En diciembre de ese año, ganó cinco Premios Billboard de la Música: Álbum del Año, Artista Femenina del Año en el Top 200, Artista Femenina de Country, Artista Revelación de Country y Álbum de Country del Año.

A principios de 2007, Underwood comenzó a trabajar en su segundo álbum, mientras que «Wasted» se convirtió en el cuarto sencillo extraído de Some Hearts; lo interpretó en un episodio de American Idol en marzo de ese año, y al mes siguiente alcanzó el número uno en la lista Hot Country Songs. Underwood cosechó más reconocimientos al ganar dos premios en los CMT Awards 2007 —Video del Año y Video Femenino del Año por «Before He Cheats»— y al llevarse a casa dos premios Grammy. También se llevó tres premios ACM 2007 en mayo, entre los que se incluían Álbum del Año por Some Hearts y Mejor Vocalista Femenina. A finales de mes volvió a aparecer en American Idol para la final de la sexta temporada, donde cantó «I’ll Stand by You» ante una ovación de pie. Durante el programa, Clive Davis reconoció las ventas de seis discos de platino de Underwood; ella fue la primera artista de música country en vender tantas copias de un álbum debut desde que LeAnn Rimes lo lograra en 1996. También participó en el álbum 5th Gear de Brad Paisley, que salió a la venta en junio de 2006.

Aprovechando esa ola de apoyo, Underwood lanzó su segundo álbum, Carnival Ride, en octubre de 2007. Cuatro de las canciones del álbum alcanzaron la cima de las listas de música country, lo que impulsó las ventas del disco a varios millones de copias y le valió dos premios Grammy adicionales. Dos años después del lanzamiento del álbum, lanzó su tercer álbum de estudio, Play On, en el que se dedicó más que nunca a sus habilidades como compositora. Ella coescribió siete de las canciones del álbum, incluido el sencillo principal «Cowboy Casanova». El cuarto álbum de estudio de Underwood, Blown Away, lanzado en la primavera de 2012, fue producido por su colaborador de toda la vida, Mark Bright, y, impulsado por su exitoso sencillo principal, «Good Girl», demostró su continuo crecimiento desde American Idol hasta convertirse en una estrella del country-pop con gran experiencia.

Underwood asumió su primer gran papel protagónico en 2013, cuando interpretó a María en una producción televisada en vivo de The Sound of Music en la NBC. La transmisión, que se emitió el 5 de diciembre de 2013, fue acompañada por una banda sonora grabada en estudio. El 2014 fue un año relativamente tranquilo para ella, aunque en septiembre lanzó el sencillo «Something in the Water» y, tres meses después, la recopilación Greatest Hits: Decade #1. «Something in the Water», un sencillo de marcado carácter espiritual con el tema del bautismo, encabezó las listas de música country y cristiana, y también llegó al Top 40 de pop. A principios de 2015, le valió un Grammy a la Mejor Interpretación Country Solista. En octubre de ese año, Underwood lanzó su quinto álbum de estudio, Storyteller, precedido por el sencillo «Smoke Break». El álbum generó tres éxitos adicionales: los números uno «Heartbeat» y «Church Bells», además del número dos «Dirty Laundry».

Underwood dejó Arista Nashville para fichar por Capitol Records Nashville en marzo de 2017. En enero de 2018, cantó a dúo con Ludacris en «The Champion», un sencillo vinculado al Super Bowl de 2018. Debutó en el puesto 47 de la lista Billboard Hot 100 y más tarde se incluiría en Cry Pretty, el álbum que Underwood lanzó en septiembre de 2018. Tras debutar en el puesto número uno tanto en las listas de música country de Billboard como en el Top 200, la canción que da título al disco alcanzó el puesto número nueve en la lista Country Airplay de Billboard, mientras que «Southbound» llegó al número tres en las listas en 2019. Underwood lanzó My Gift, su primer álbum navideño, en septiembre de 2020, el mismo año en que su primer libro, Find Your Path, se convirtió en un éxito de ventas del New York Times. My Savior, su primer álbum de gospel y nominado al Grammy, siguió rápidamente a My Gift, apareciendo en marzo de 2021; ganaría el Premio Grammy al Mejor Álbum de Gospel de Raíces en 2022. Por esa época, se convirtió en la primera artista en presentarse en el Resorts World Theatre con Reflection: The Las Vegas Residency, que se extendería hasta 2025.

Carrie Underwood regresó a la música secular en 2022 con Denim & Rhinestones, un disco que coprodujo con David García. Precedido por los sencillos «Ghost Story», «Denim & Rhinestones» y «Crazy Angels», el álbum salió a la venta en junio de 2022. Alcanzó el puesto número dos en la lista Top Country Albums y el cuatro en el Billboard 200. En marzo de 2023, Underwood celebró su 40º cumpleaños con el lanzamiento del sencillo independiente «Get Out of That Truck», coescrito con García y Lydia Vaughan. El tema entró en el Top 40 de dos listas de Billboard y más tarde se incluyó, junto con «Give Her That» y «Take Me Out», en la edición de lujo de Denim & Rhinestones.

En 2025, Underwood celebró el vigésimo aniversario de su victoria en American Idol al unirse al panel de jueces junto a Luke Bryan y Lionel Richie.