Carlos Fraenkel wuchs in Deutschland und Brasilien auf, studierte Philosophie in Berlin und Jerusalem. Aktuell lehrt Fraenkel Philosophie und Judaistik an der McGill University in Montreal, Kanada. 

Seine wissenschaftlichen Arbeiten umfassen die Philosophie der Antike, des Mittelalters und der frühen Neuzeit sowie politische Philosophie. Er schrieb über Philosophen wie Plato, Themistius, al-Fârâbî, al-Ghazâlî, Maimonides und Spinoza, und führte auch philosophische Debatten in Kriegsorten mit palästinensischen Studenten, nichtpraktizierenden chassidischen Juden und Mitgliedern einer uramerikanischen Gemeinde durch. 

Seine Veröffentlichungen lauten unter anderem: From Maimonides to Samuel ibnTibbon: The Transformation of the Dalālat al-Ḥā'irīn into the Moreh ha-Nevukhim (Hebräisch 2007), Philosophical Religions from Plato to Spinoza: Reason, Religion, and Autonomy (2012) und Mit Platon in Palästina: Vom Nutzen der Philosophie in einer zerrissenen Welt (2015). 

Neben seiner wissenschaftlichen Arbeit schreibt er Essays, Kommentare und Buchkritiken zu Themen, die ganz eng mit seiner Biographie und seinen Interessen verbunden sind: vom Widerstand gegen die brasilianische Diktatur in den 1960er und 1970er Jahren, über Quebecer Politik, die Geschichte des Antisemitismus bis hin zu Salman Rushdie. Seine Essays sind u.a. in The New York Times, Nation, LRB, TLS, The Jewish Review of Books, The Boston Review, Dissent, Die Zeit, und Die Neue Zürcher Zeitung zu finden. 

Seine erste akademische Stelle belegte er an der McGill University in Montreal. Von 2013 bis 2015 war er Professor für Vergleichende Religionswissenschaft und Philosophie in Oxford. Ausgezeichnet wurde er unter anderem mit dem Shlomo Pines Prize for outstanding young scholars (Shlomo Pines Ehrenpreis für ausgezeichnete Studierende), a William Dawson Scholarship for outstanding young professors (William Dawson Stipendium für ausgezeichnete junge Professoren) und Mavis Gallant Prize for Non-Fiction (Mavis Gallant Ehrenpreis für Sachliteratur). 

Als Gastprofessor dozierte er an Universitäten in aller Welt - der Hebräischen Universität von Jerusalem, der al-Quds-Universität Jerusalem, der Ludwig-Maximilians-Universität München und der École des Hautes Études en Sciences Sociales Paris. Er erhielt und erhält noch Angebote für einige Forschungsstipendien, zuletzt von dem Institut fortgeschrittener Wissenschaft Princeton, der Humboldt Stiftung und vom Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte Berlin.