Nació en Tunuyán, donde vivió hasta los siete años. Después se trasladó con su familia a la Ciudad de Mendoza, y a los catorce años ingresó en la Academia Nacional de Bellas Artes de la Universidad Nacional de Cuyo. Allí fue alumno de maestros como Sergio Sergi en dibujo y grabado, Lorenzo Domínguez en escultura o Francisco Bernareggi y Ramón Gómez Cornet en pintura. Compartió sus estudios en dicha academia con otros destacados pintores mendocinos, como Enrique Sobisch y Orlando Pardo.

Posteriormente estudió con Lino Enea Spilimbergo, Pompeyo Audivert. Víctor Rebuffo y Lajos Szalay.​ Recibió su primer premio en el Salón de Estudiantes de 1947, y en 1953 expuso en la Galería Viau de Buenos Aires, lo que le proporcionó los fondos necesarios para, un año después, viajar a Europa, donde expuso en París y Madrid.

En 1957 fue el ganador del concurso convocado por la editorial Emecé para ilustrar la segunda parte de Don Quijote de la Mancha y Martín Fierro (1959), y dos años después obtuvo el Premio Chantal del Salón de Acuarelistas y Grabadores de Buenos Aires. En 1963 se editaron en la Unión Soviética unas tarjetas postales con imágenes de «El Quijote». Para las ilustraciones eligieron a Gustave Doré, Honoré Daumier, Pablo Picasso y Carlos Alonso. Realizó múltiples exposiciones tanto individuales como colectivas junto a artistas como Antonio Berni, Pedroni, Cerrito, Giovanni Bressanini, Monaco, Luis Videla, Robirosa, strado, entre otras obras literarias, Romancero criollo, Antología de Juan, La Divina Comedia, El juguete rabioso, Irene, Lección de anatomía y Mano a mano. Es tío del reconocido Gran Maestro de ajedrez Salvador Alonso.

Sus obras se han expuesto en numerosas muestras, entre otras, en la Art Gallery International (Buenos Aires), donde, en 1967, presentó unos 250 trabajos referidos a Dante y a La Divina Comedia; el Museo Nacional de Bellas Artes (México), y el Museo de Arte de La Habana (Cuba), donde realizó una exposición de tapices y collages. En 1971 expuso en las galerías italianas Giulia de Roma y Eidos de Milán, además de en la Bedford Gallery de Londres.

Tras el golpe de Estado de 1976 y la desaparición de su hija Paloma al año siguiente, Alonso se exilió a Italia, y en 1979 se trasladó a MadridDos años después regresó a Ao natal, el Centro de Congresos y Exposiciones lleva su nombre en homenaje a su reconocida trayectoria.