Il comune di San Carlo nacque il 31 luglio 1694 distaccandosi dal borgo di Ciriè, accorpando l'antico villaggio di Liramo, insediamento alto medievale abbandonato, al nuovo ente comunale.
Gli edifici più antichi ed interessanti dal punto di vista artistico sono la chiesa di Santa Maria di Spinerano, La Pìè di Liramo con chiesa e castello, la cappella di Santa Eufemia dove anticamente esisteva il piccolo cimitero della comunità ebraica ciriacese.
Il territorio dal principio fu nominato Vauda di Ciriè, in quanto comprendente buona parte del vasto altopiano di foreste e boschi che si estendevano fino a Busano, Corio e Lombardore, attraversato da piccoli torrenti: il Fisca, il rio torto, di Valmaggiore e Fandaglia. Se della prima colonizzazione romana rimangono solo alcuni resti di tegole e tombe ritrovate lungo le vie di comunicazione che portavano ad Ivrea e verso le Valli di Lanzo, le prime abitazioni rurali furono edificate tra Tre e Quattrocento, sul crinale verso la pianura e nella parte bassa tra San Maurizio e Nole.
Ancora oggi la toponomastica ci riporta a quel tempo: la cascina Castellaro, nasce sui resti di un manufatto difensivo e di ricovero medievale, la casa Foch porta ancora il nome del suo primo proprietario che la edificò nella seconda metà del Quattrocento. Il periodo di forte popolamento e sviluppo il paese lo ebbe tra la fine del Cinquecento e il primo Seicento, caratterizzando così il vasto e sparso habitat, con cascine e abitazioni che costituiranno il nucleo attuale del Comune, trovando successivamente alla fine del XVII secolo il proprio naturale centro nella chiesa di San Carlo Borromeo, con annessa casa comune.
Cascine e borgate formarono così più di venti unità abitative sparse ma tutte collegate tra loro da strade e sentieri, sia verso Ciriè, sia verso il centro del paese. La piccola proprietà contadina si strutturò nelle borgate, nuclei rustici con abitazioni a due piani coperte da tegole, con dispense, cantine, tinaggi stalle, forno, pozzo, ampio cortile e in alcuni casi con cappella e torchi per la spremitura delle uve.
Ancora oggi portano il nome di quelle antiche famiglie che le abitarono: i Baima, Perino, Giorza, Richiardi, Sopetto, Buratto, Fornero, Dolce, Massa e Tempo; altre presero il nome dalle cappelle presenti: Sant'Apollonia, San Firmino, Santa Lucia.
Particolare attenzione spetta alla Borgata detta del Sedime la quale trova la sua origine da alcune famiglie che alla fine del '500 vennero ad abitare su quel luogo che nel Medioevo si chiamava Grimaldia. Verso i primi anni del '700, i proprietari e possidenti del luogo decisero di erigere una cappella intitolata a Sant'Ignazio di Loyola. Nel 1724 l'edificio risultava terminato. Per molti anni fu il riferimento spirituale di molti "sedimesi" i quali stipendiavano un sacerdoce che celebrasse la Messa domenicale e assistesse i malati.
All'inizio del '900 l'aumento della popolazione e l'intraprendenza di un giovane sacerdote, teologo Pietro Locanetto, riformarono completamente la Cappellania ingrandendola e dotandola di un bellissimo campanile in stile eclettico dell'architetto Paolo Napione. Dell'antico edificio barocco resta la settecentesca pala d'altare rappresentante la Madonna con Sant'Ignazio e San Giuseppe.
Le cascine, centro di vaste proprietà terriere della borghesia ciriacese e torinese, gestite da massari, presero il nome dai loro proprietari: Sarolda, Molande, La Fontaine, Bellico, Masino, Balma, Chiariglione, Gonetta, Gattinara, Bertini, Traggia. Tutte queste furono rimaneggiate nel Settecento, utilizzate come dimore di campagna nei periodi primaverili ed estivi. Alcuni proprietari instaurarono anche attività artigianali: filatoi da seta le famiglie Bertini e Traggia, fornaci i Barberis, Masino, Perotti e De Bosses. La maggioranza della popolazione era dedita alla coltivazione dei campi, al pascolo e alla lavorazione della canapa.
Alla fine del Settecento la comunità civile di San Carlo chiese di erigersi in Parrocchia, in quanto ancora divisa tra quelle di San Martino e San Giovanni di Ciriè, di Grosso e di Nole. Nel 1841 fu esaudito questo desiderio, non senza polemiche, portando successivamente alla formazione di un'ampia strada comunale che congiunse così tutte le borgate di levante e di ponente.
Questi primi anni dell'Ottocento videro la nascita nel 1834 del poligono militare, voluto da Carlo Alberto, la costituzione di un collegio Convitto accanto alla chiesa, il miglioramento delle comunicazioni con la costruzione di ponti sul rivo Fisca, nuove strade interne e soprattutto la formazione di un canale militare che risolse definitivamente il problema dell'approvvigionamento dell'acqua sulla Vauda. Probabilmente è da quel tempo che i Sancarlesi vengono dettì brusatà, parola coniata per definire gli abitanti di una terra scarsa di acque.
Nel 1860 vista la minima capienza di fedeli dell'antica chiesa di San Carlo Borromeo, fu principiata per volontà dell'allora parroco Don Giuseppe Seminino la bella chiesa dell'Immacolata, unico monumento neogotico in questa zona, dedicato al dogma mariano, consacrata nel 1864. Accanto a questa sorse un rinnovato collegio, dove studiò anche il celebre scultore Medardo Rosso.
Nel 1872 venne terminato il campanile ottagonale, e due anni dopo iniziò la costruzione del nuovo municipio. Sempre in quegli stessi anni fu fondata la società cooperativa di mutuo soccorso e istruzione, mentre tra il 1880 e il 1890 la villeggiatura portò alla costruzione delle ville Chiariglione (oggi Ghirardi) e Cantù.
Con il primo Novecento il poligono di tiro si ampliò così tanto da poter ospitare più di 500 soldati, caratterizzando l'habitat con piccoli baraccamenti militari, cantine e trattorie usate dai molti camerati del campo di esperienze militari.
Nel 1928 il comune di San Carlo fu soppresso dalle leggi fasciste e venne incorporato a Ciriè.
Il triste periodo della guerra e del dopoguerra fu chiuso il 1° luglio 1947 quando, grazie alla capacità del primo sindaco Giovanni Cantù, fu ripristinata l'antica amministrazione democratica.
Da quel tempo il paese è continuato a crescere: tra gli anni Cinquanta e Sessanta si sono sviluppate le borgate, soprattutto quella di Spineranno verso Ciriè, con la formazioni di grandi palazzine per i nuovi compaesani arrivati dal Veneto, dalla Sardegna e dal Sud; la costruzione delle nuove scuole elementari e medie ha contribuito all'ingrandimento del centro, le nuove ville hanno modificato il paesaggio, trasformandolo in un bel paese precollinare sul principio della Vauda.
Il 30/08/1998 si firma l'atto di gemellaggio con il comune di San Carlos Centro (Argentina) con il preciso intento di arricchire le conoscenze culturali dei loro abitanti e a rafforzare i legami di amicizia e di solidarietà fra l'Argentina e l'Italia.
