Licenciado em Física pela Universidade de Coimbra em 1978 e doutorado em Física Teórica em Frankfurt, na Alemanha, em 1982, Carlos Fiolhais é Professor Catedrático no Departamento de Física da Universidade de Coimbra desde 2000. É autor de mais de 130 artigos científicos em revistas internacionais, e mais de 400 artigos pedagógicos e de divulgação.

Os seus interesses científicos centram-se na Física Computacional da Matéria Condensada e na História e Ensino das Ciências. Foi fundador e diretor do Centro de Física Computacional da Universidade de Coimbra, onde procedeu à instalação do maior computador português para cálculo científico. Tem coordenado vários projetos de investigação e orientado estudantes de pós-graduação. Participou em numerosas ações, promovendo a ciência e a cultura científica. Criou e dirige o Centro Ciência Viva Rómulo de Carvalho, em Coimbra. Dirigiu a revista "Gazeta de Física" da Sociedade Portuguesa de Física e é membro de comissões das revistas de Física internacionais (presidiu em 2011 ao Conselho Científico do "European Physics Journal"). Foi Diretor do Centro de Informática da Universidade de Coimbra, Presidente do Conselho de Investigação do Instituto Interdisciplinar da Universidade de Coimbra, membro do Conselho Científico da Fundação para a Ciência e Tecnologia. É colaborador regular dos jornais "Público" e "Sol". Foi consultor dos programas "Megaciência" e "ABCiência" para a SIC e RTP.