Estudió órgano con Luzzasco Luzzaschi, entre 1601 y 1607, dejó Rovigo para instalarse en Treviso, donde llegó a ser organista de la Catedral y de la Iglesia Hospitalaria de S. Giacomo desde diciembre de 1608 hasta 1623. Su servicio en la Capilla de la catedral se caracterizó por numerosos desacuerdos con sus superiores. En 1621 estalló un conflicto con el maestro de coro Amadio Freddi, quien lo acusó de haber dado conciertos con el único objetivo de exhibir su virtuosismo en el órgano. El capítulo, después de consultar con el obispo, decidió que el organista, mientras estuviera empleado por el director del coro, estaba autorizado a dar conciertos "todo para la gloria de Dios, al servicio de la Iglesia y a la reputación de la música".

Edición discográfica con varias obras de Carlo Filago

En mayo de 1621 ganó un concurso para el puesto de primer organista en San Marco, Venecia, entonces dirigida por Claudio Monteverdi, cargo que Filago ocupó hasta su muerte. También fue, en la sucesión de Francesco Cavalli, organista de SS Giovanni e Paolo, Venecia, desde 1631 hasta su muerte. Su salario inicial, fijado inicialmente en 120 ducados, se incrementó en 1639 a 200 ducados.

En 1631 también se convirtió en organista y director de coro de la Basílica de los Santos Juan y Pablo, y en varias otras iglesias e instituciones. Todas las colecciones publicadas de Filago incluyen motetes, conciertos sagrados y obras sacras más pequeñas de estilo concertato, que circularon ampliamente en las iglesias del norte de Italia. Carlo Filago murió en la pobreza a los 55 años de edad.

Veinte años después de su muerte, Nicolò Doglioni y Zuanne Zittio (1662) describieron su música en “Le cose notabili et meravigliose della città di Venetia”, con la afirmación: “Carlo Filago tenía un sonido tan extravagante, llamado cromático, que nadie supo imitar”.