Carl Morgenstern, der Sohn des Landschaftsmalers Johann Friedrich Morgenstern (1777-1844), stammte in vierter Generation aus einer Künstlerfamilie.
1826-29 machte er eine Ausbildung im Atelier seines Vaters mit Fokus auf Naturstudien und nach niederländischem Vorbild.
Nach seinem Abschluss fertigte er Illustrationen für die Reisebeschreibungen des Afrikaforschers Eduard Rüppell an.
1832-34 studierte er in München bei den außer-akademischen Landschaftsmalern Carl Rottmann (17997-1850) und Christian Ernst Bernhard Morgenstern (1805-1867).
Anschließend reiste er drei Jahre durch Italien. Weitere Studienreisen unternahm er in die Schweiz, nach Riviera, Holland, Frankreich und Venedig.
Während dieser Zeit machte er Bekanntschaft mit Johan Georg Gmelin (1810-1854), Ernst Willers (1802-1880) und Gustav von Haugk (1804-1861).
Auch gab er sein künstlerisches Talent an seinen Sohn Friedrich Ernst Morgenstern (1853-1919) weiter, der Landschafts- und Marinemaler wurde.
1866 wurde er schließlich zum Professor ernannt.
Zeit seines Lebens beschäftigte er sich mit idealisierten, lichtdurchfluteten Italienmotiven, die er in natürlicher Farbgebung und realistische Landschafts-Erfassung wiedergab.