Su extensa trayectoria artística se inició en 1925 al ingresar a la Academia de San Alejandro en La Habana. En 1932 viajó a Europa donde continuó sus estudios de Artes Gráficas en la Escuela San Fernando, en Madrid. El estallido de la guerra civil lo obligó a salir de España y continuar sus estudios en México, atraído por el arte muralista que allí se estaba desarrollando.
Vivió en Francia, Estados Unidos y Cuba, lugares en los que conoció el éxito y la consagración artística como pintor al óleo, muralista, dibujante, grabador y también académico de importantes instituciones. Sin embargo, este período de su vida estuvo fuertemente marcado por los diferentes conflictos bélicos de los que fue testigo en Europa y Latinoamérica.
En 1948 viajó por primera vez a Chile invitado a exponer en la Sala del Pacífico, su relación con nuestro país se inició por su antigua amistad con el poeta Pablo Neruda y su matrimonio con la pintora chilena María Luisa Bermúdez.
En 1956 recibió una invitación de la Universidad de Chile para ofrecer el curso "Evolución del Arte Actual". Finalmente, se radicó en Chile en 1958. En 1964 se casó con la pintora Ida González. Desde ese periodo destacó como artista, profesor y personaje público nacional.
Entre las diversas actividades docentes realizadas en Chile, fundó la Escuela de Arte de la Universidad Católica en 1959, junto a Nemesio Antúnez y otros artistas y arquitectos. Ejerció como profesor de los Talleres de Pintura hasta el año 1969, fecha en que fue nombrado Subdirector de dicha Escuela.
En 1982, convertido en uno de los pintores más representativos de Chile y ampliamente reconocido en los circuitos de arte extranjeros, Mario Carreño fue galardonado con el Premio Nacional de Arte.
El 2013 se creó la Fundación Mario Carreño, liderada por sus hijas Mariana y Andrea Carreño, fue presentada durante el Homenaje a 100 años de su Natalicio, que se realizó en el Museo Nacional de Bellas Artes. La Fundación busca organizar, conservar y preservar sus archivos para finalmente difundir la obra del artista.