Nasce a Sale, in provincia di Alessandria. Dopo gli studi liceali a Vercelli e il diploma di Magistero, consegue la laurea in Medicina nel 1864, dopo avere già esercitato nelle corsie dell’Ospedale Mauriziano come allievo medico-chirurgo; dal 1865 è medico condotto a Retorbido (Voghera).
Nel 1866 entra nell’Istituto di Anatomia Umana di Torino e diventa medico assistente al Sifilicomio e presso l’Ospizio Celtico e il Carcere Femminile. Viene nominato Primo Settore e riceve dai superiori continue attestazioni di stima: anche dopo aver intrapreso la carriera universitaria continua a esercitare come medico ordinario presso il Sifilicomio, dedicandosi allo studio della sifilide e di altre infezioni. Anche la sua carriera anatomica culmina con la nomina, nel 1876, a direttore del Gabinetto di Anatomia Umana Normale, cui succede nel 1880 la nomina a professore ordinario alla cattedra di Anatomia.
Sempre nello stesso anno diventa socio dell’Accademia Reale di Medicina di Torino (di cui fu archivista-bibliotecario) e dell’Accademia Reale delle Scienze di Torino, presso la quale pubblicherà la maggior parte dei suoi lavori.
Giacomini partecipa alle attività di diversi istituti accademici: contribuisce alla fondazione della Società di Medicina e Chirurgia di Torino, è socio della Reale Accademia Medica di Genova ma anche del Circolo degli Artisti e della Associazione Agraria di Torino.
Ottiene negli anni i titoli onorifici di cavaliere dell’Ordine dei SS Maurizio e Lazzaro e cavaliere dell’Ordine della Corona d’Italia.
Giacomini non scinde mai l’attuazione pratica della medicina dallo studio dell’anatomia: sono fondamentali le sue ricerche sulla morfologia, sulla topografia e sulla embriologia umana e comparata, nonché i suoi contributi angiologici.
I suoi contributi neurologici con lo studio delle circonvoluzioni cerebrali dell’uomo aprono la strada a una tradizione di ricerca della scuola torinese, che nega il rapporto tra speciali disposizioni psichiche dell’individuo e la sua anatomia encefalica, come sostenevano gli studi di M. Benedikt e le teorie di Cesare Lombroso.
In tale contesto Giacomini dà anche un grande impulso all’organizzazione del museo anatomico: incrementa le collezioni dei preparati a secco e in alcool e sviluppa procedimenti tecnici originali per la conservazione delle parti anatomiche, il cui studio era particolarmente importante per gli ambienti scientifici, fortemente influenzati dalle idee darwiniane nell’analisi delle variazioni rispetto alla norma degli organi degli esseri viventi e dell’uomo. Allo studio della morfologia encefalica e della sua variabilità Giacomini affianca quello della craniologia e raccoglie e studia crani di criminali, uomini “normali”, uomini di diverse aree geografiche: sviluppa una collezione ancor oggi tra le più importanti del mondo.
Si dedica allo studio del cervello dei microcefali, interpretandone le malformazioni come espressione di arresto di sviluppo e non come espressione di una condizione atavica, secondo le teorie allora affermate.
Le memorie pubblicate presso la Reale Accademia delle Scienze di Torino con il nome di Annotazioni sull’Anatomia del Negro, frutto di studi intrapresi fin dal 1878, sviluppano osservazioni sugli organi e i sistemi organici della razza negra e lo portano a concludere che nello studio dei diversi organi e sistemi si rilevano particolarità sull’evoluzione della specie; conferisce un’importanza finora non riconosciuta alle differenze morfologiche tra l’uomo e le scimmie antropomorfe.
Anche i suoi studi sulle anomalie dello sviluppo dell’embrione umano acquistano fama meritata, come quelli sulla neurologia umana e comparata e sull’antropologia fisica.
Giacomini si dedica con passione anche all’insegnamento: molto severo, è però molto amato dagli studenti per la sua correttezza e la passione che riesce a trasmettere pur nel rigore del metodo.
Giacomini fu un appassionato delle belle lettere; ha lasciato composizioni poetiche e diari con acute e appassionate riflessioni sull’arte e la letteratura classica, ha arricchito le raccolte librarie dell’Istituto di Anatomia e dell’Accademia di Medicina con opere di pregio, improntando anche gli studi scientifici del suo spirito umanistico.
Egli fu anche un fervente sostenitore dell’indipendenza italiana: partecipa come medico volontario nell’Ambulanza Torinese nella guerra del 1866, di stanza a Vicenza e Ferrara, e ancora nella guerra franco-prussiana a Sedan; ha lasciato di quelle esperienze testimonianza in un vivace e appassionato carteggio, in preziosi diari e nelle fotografie scattate al fronte. Quale riconoscimenti della sua attività, Giacomini viene insignito di una medaglia commemorativa per la guerra del 1866 e della medaglia di bronzo per i servizi resi nel 1870-1871.
L’amore e la dedizione alla scienza portano Carlo Giacomini a disporre che alla sua morte i suoi resti vengano collocati nel Museo di Anatomia, come le sue raccolte e le sue suppellettili. Si spegne il 5 luglio 1898 e il suo scheletro, il cranio, l’encefalo e le parti molli facciali vengono deposte, un anno dopo, nella “Sala Rolando” del Museo di Anatomia Umana.