La pianista bianca di Oakland Carla Borg (1938) sposò Paul Bley nel 1957 e si trasferì con lui a Los Angeles. Dopo aver composto Bent Eagle per Stratusphunk (1960) di George Russell e Ictus per Thesis (1961) di Jimmy Giuffre, divenne la principale compositrice per il proprio marito, scrivendo: Floater e King Korn su Footloose (1963), Ida Lupino e Syndrome su Turning Point (1964), l’intero Barrage (1964), la maggior parte di Closer (1965), Start su Touching (1965).
Lasciò Paul Bley nel 1965 per il trombettista Michael Mantler.

Mantler e Bley formarono una grande orchestra jazz piena di star, la Jazz Composers' Orchestra, che debuttò con Communication (aprile 1965) e Jazz Composers' Orchestra (giugno 1968) ottenendo un immenso successo di critica. Tra questi due album, Mike Mantler alla tromba, Steve Lacy al sassofono soprano, Carla Bley al piano e due bassisti registrarono Jazz Realities (gennaio 1966), che include Oni Puladi della Bley (l’habanera Ida Lupino suonata al contrario).

Quelle collaborazioni sarebbero state sufficienti per definirla una delle maggiori figure della decade, ma compose anche l’intero A Genuine Tong Funeral (1967) di Gary Burton e la maggior parte di Liberation Music Orchestra (1969) di Charlie Hayden, due pietre miliari del jazz. Alla fine della decade poteva contendersi il titolo di più grande compositore jazz vivente insieme a Mingus ed Ellington.

La sua immagine pubblica era alquanto schizofrenica, da una parte una pubblicità vivente per lo stile di vita bohémien della generazione hippie, dall’altra una modernista austera e intransigente. Le sue ambizioni compositive collidevano chiaramente con l’estetica del free-jazz, sebbene ella mostrasse una certa affinità ideologica con il free-jazz. Forse queste contraddizioni furono precisamente ciò che rese la sua musica così unica e potente.

Bley superò qualunque cosa avesse fatto fino a quel momento con la colossale opera jazz Escalator Over The Hill (giugno 1971), il risultato di tre anni di registrazioni, uno dei più grandi album nella storia della musica jazz. La grande orchestra venne nientedimeno strutturata in quattro orchestre. L’Orchestra vera e propria (e la Hotel Lobby Band) era un’unità di 19 elementi con Carla Bley (piano), Jimmy Lyons (sassofono alto), Gato Barbieri (sassofono tenore), Chris Woods (sassofono baritono), Michael Mantler e Enrico Rava (trombe), Roswell Rudd, Sam Burtis e Jimmy Knepper (tromboni), Jack Jeffers (trombone basso), Bob Carlisle e Sharon Freeman (corni francesi), John Buckingham (tuba), Nancy Newton (viola), Karl Berger (vibrafono), Charlie Haden (basso), Paul Motian (batteria), Roger Dawson (congas), Bill Morimando (capanelli, celeste). La Desert Band includeva Bley (organo), Don Cherry (tromba), Souren Baronia (clarinetto), Leroy Jenkins (violino), Calo Scott (violoncello), Sam Brown (chitarra), Ron McClure (basso) e Motian (percussioni).
The Original Hotel Amateur Band comprendeva Bley (piano), Mantler (valve trombone), Motian (batteria), Michael Snow (tromba), Howard Johnson (tuba), Perry Robinson and Peggy Imig (clarinetto), Nancy Newton (viola), Richard Youngstein (basso). Jack's Traveling Band comprendeva Carla Bley all’organo e il power-trio John McLaughlin (chitarra), Jack Bruce (basso) and Paul Motian (batteria).
Infine, la “silent music” era eseguita da Michael Mantler al piano preparato, Don Preston al sintetizzatore e Carla Bley ad organo, celeste e calliope. I cantanti spaziavano dalla star del country Linda Ronstadt alla vocalist d’avanguardia Jeanne Lee. Il risultato di Bley, che combina jazz, elettronica, rock e musica indiana, era di proporzioni wagneriane, e coniugava pathos e epos in un modo che non era mai stato provato prima nella musica jazz. Molti dei brani erano brevi, come un lattice di idee mutevoli, ad eccezione di Hotel Overture, Rawalpindi Blues e la chiusura And It's Again. Le sue strutture intricate, dissonanti, instabili e multi-stilistiche miravano ad una rifondazione della musica jazz.

In confronto, Tropic Appetites (febbraio 1974) era una mini-opera per cantanti (Julie Driscoll, Karen Mantler) e settetto jazz (Gato Barbieri al tenore, Michael Mantler alla tromba e al trombone, Howard Johnson al clarinetto, al sassofono e alla tuba, Toni Marcus al violino e alla viola, Dave Holland al basso e violocello, Carla Bley al piano e all’organo, Paul Motian alle percussioni), ma l’escursione stilistica non era più mozzafiato, da What Will Be Left Between Us and the Moon Tonight? a Indonesian Dock Sucking Supreme a Song of the Jungle Stream. L’impostazione umile spostò l’enfasi dal caos creativo e dal trasporto emotivo verso timbri impressionistici ed esplorazioni di texture.

Bley dimostrò di poter eccellere anche nella musica neoclassica con la lirica 3/4 per piano e orchestra, su Michael Mantler - Carla Bley (agosto 1975).

Dinner Music (settembre 1976) era la versione di Bley della musica pulita (Sing Me Softly of the Blues, A New Hymn e Song Sung Long), con lei stessa, Mantler, Richard Tee (piano), Carlos Ward (sassofono alto e tenore e flauto), Roswell Rudd (trombone), Bob Stewart (tuba), e una sezione ritmica di due chitarre, basso e batteria.

Il suo mood sembrava essersi rilassato considerevolmente, e Musique Mecanique (novembre 1978) fu l’ultima prova, quasi un divertissment per dieci elementi. Musique Mecanique, di 23 minuti e in tre movimenti, e Jesus Maria and Other Spanish Strains erano composizioni bizzarre ma non molto cerebrali (e di frequente spiritose), sottolineate dai solo del sassofonista tenore Gary Windo e del trombonista Roswell Rudd. Gli altri musicisti (oltre a Bley e Mantler) includevano Alan Braufman alle ance, John Clark al corno francese, Bob Stewart alla tuba, Terry Adams al piano, Steve Swallow e Charlie Haden al basso e Eugene Chadbourne alla chitarra. Come tutti i suoi lavori migliori, questo era sia jazz, sia rock, sia musica classica, pur essendo blasfemo nei confronti di tutti questi generi.

L’anno seguente Bley sembrò perdere la propria determinazione (più che l’ispirazione), alternando lavori in diversi campi: Fictitious Sports (ottobre 1979) di Nick Mason, l’album “solista” del batterista dei Pink Floyd (prevalentemente composto da lei), la fusion jazz-rock di Live (agosto 1981), il tentetto giocoso I Hate To Sing (agosto 1981), con brani da cartone animato come I Hate To Sing e Lone Arranger, la colonna sonora del film Mortelle Randone (dicembre 1982). L’unico album che la riportò alla sua vecchia disciplina fu Social Studies (dicembre 1980), messo in luce da una postmoderna Reactionary Tango, composta per un surreale ensemble di nove elementi (Bley, Mantler, Ward, Valente, Swallow, sax tenore, eufonio, tuba, batteria).

Il lato ambient/melodico della sua arte tornò alla ribalta con l’avventurosa musica per tentetto di Heavy Heart (ottobre 1983), che contava sul sintetizzatore di Bley e sul trombone di Valente, più che sugli altri fiati (la tromba di Mantler, tuba, flauto, sassofono) e sulla delicata sezione ritmica (il piano di Kenny Kirkland, la chitarra di Hiram Bullock, il basso di Steve Swallow e due percussionisti), per scolpire le atmosfere rilassate di Heavy Heart e Light or Dark.
Night-Glo (agosto 1985), accreditato sia a Bley sia a Swallow (e il primo senza Mantler), era musica lounge per yuppies. La fusione matura tra Bley e Swallow fu formalizzata dal Sextet (dicembre 1986) con il chitarrista Hiram Bullock, il pianista Larry Willis e due percussionisti, in particolare in The Girl Who Cried Champagne e Healing Power.

L’album a due con Swallow, Duets (estate 1988), dedicato in gran parte a vecchio materiale, e Go Together (marzo 1992) evidenziarono il suo talento melodico, ma poco altro.

Eppure, Bley non aveva dimenticato l’orchestra. Very Big Carla Bley Band (ottobre 1990), con quattro solisti (Valente, il trombettista Lew Soloff, il sassofonista Wolfgang Puschnig e Andy Sheppard) fallì nel resuscitare lo spirito originale di Carla Bley, nonostante i 15 minuti di United States e soprattutto di All Fall Down. Dreamkeeper Suite, di 17 minuti, per il terzo album dei Liberation Music di Charlie Haden, Dreamkeeper (aprile 1990), fa un po’ meglio. L’orchestra di 18 elementi di Bley (gli stessi quattro solisti, principale aggiunto il violinista Alex Balanescu) fa ancora meglio nella suite di 20 minuti Birds of Paradise su Big Band Theory (luglio 1993). Degno di nota anche per una big band era Setting Calvin's Waltz, di 24 minuti, sul live Goes To Church (luglio 1996).

Un trio con Swallow e Sheppard pubblicò il semi-serio Songs With Legs (maggio 1994), con Wrong Key Donkey.

Le sue composizioni davvero serie (Tigers in Training di 19 minuti, End of Vienna di nove minuti, Wolfgang Tango di 14 minuti) apparirono finalmente su Fancy Chamber Music (dicembre 1997), con Bley al piano, una sezione di strumenti a corda (violino, viola, violoncello, basso), flauto, clarinetto e percussioni.

Il ritorno alla forma continuò con 4x4 (luglio 1999), per un doppio quartetto di sorta (Bley al piano, Larry Goldings all’organo, Steve Swallow al basso, Victor Lewis alla batteria, Lew Soloff alla tromba, Wolfgang Puschnig al sax alto, Andy Sheppard al tenore, Gary Valente al trombone), che conteneva Blues in Twelve Bars e Les Trois Lagon, in tre movimenti.

Looking For America (ottobre 2002), un lavoro per big band con gli stessi quattro solisti ai fiati, era una satira politica con un alto grado di sofisticazione, come dimostrato dal collage post-moderno di 22 minuti National Anthem.

Bley mise insieme un quartetto con Sheppard, Swallow e il batterista Billy Drummond su The Lost Chords (ottobre 2003). Esso era occupato prevalentemente da due suite: 3 Blind Mice, che metteva in mostra la sua conoscenza della tradizione blues e jazz, e Lost Chords, che esibiva la poetessa melodica Bley nel suo stato d’animo più romantico.

Appearing Nightly (agosto 2006) comprendeva Earl Gardner, Lew Soloff, Florian Esch alla tromba, Beppe Calamosca, Gary Valente, Gigi Grata, Richard Henry al trombone, Roger Jannotta, Wolfgang Puschnig, Andy Sheppard, Christophe Panzani , Julian Arguelles ai sassofoni, Karen Mantler all’organo, Steve Swallow al basso e Billy Drummond alla batteria. Il suo fulcro è una fantasia in quattro movimenti ispirata dal lounge e dal jazz da dancehall degli Anni Cinquanta.

The Black Orchid (2005) era una sorta di concept autobiografico.

Andando El Tiempo (novembre 2015) con Steve Swallow al basso e Andy Sheppard ai sax debuttava con una suite in tre movimenti di 29 minuti.

Armadillo World Headquarters Austin Texas (marzo 2018) documenta un'esibizione dal vivo con Mike Mantler (tromba), Gary Windo (sax tenore), Alan Braufman (sax alto), John Clark (corno francese), George Lewis (trombone), Bob Stewart ( tromba), Tyranny Blue Gene (tastiere), Patty Price (basso) e Phillip Wilson (batteria).

Life Goes On (maggio 2019) contiene tre suite eseguite con Andy Sheppard (sassofono) e Steve Swallow (basso elettrico).

Carla Bley è morta per un tumore al cervello nell'ottobre 2023, all'età di 87 anni.