E' situata in piazza Benedetto Cairoli nel rione Sant'Eustachio.
La chiesa venne eretta nel 1612 in onore del cardinale Carlo Borromeo da Rosato Rosati per conto dei padri Barnabiti, sul luogo di una piccola chiesa risalente al XII secolo dedicata a San Biagio. La sua dedicazione per esteso è appunto chiesa dei Santi Biagio e Carlo ai Catinari.
É chiamata "ai Catinari" per via delle numerose botteghe di stagnai, il cui prodotto principale erano i catini, e perciò detti “catinari”, che agli inizi del Seicento, quando prese avvio la costruzione dell’edificio, popolavano la zona.
Il Rosati è autore anche dell'alta cupola considerata una tra le più belle di Roma, terza per altezza, ultimata nel 1620.
La grandiosa facciata in travertino è stata realizzata nel 1638 da Gian Battista Soria.
L'interno fu restaurato dall'architetto Virginio Vespignani nel 1861.
L'interno, a croce greca, è ricco di numerose opere di famosi artisti secenteschi che immortalano episodi della vita del santo cui la chiesa è dedicata. Se infatti nella controfacciata Gregorio e Mattia Preti realizzarono i due affreschi raffiguranti la Missione di san Carlo contro l’eresia e la Carità del Santo, dall’altro capo della navata mediana, nel catino dell’abside, il Lanfranco dipinse la Gloria di san Carlo, mentre il coro fu abbellito da una notevole opera di Guido Reni effigiante il Santo in preghiera. Infine, all’altar maggiore, eseguito da Martino Longhi il Giovane, si trova una significativa pala di Pietro da Cortona, che illustra un episodio relativo alla peste di Milano, in cui San Carlo porta in processione il Sacro Chiodo. Con le quattro Virtù cardinali il Domenichino decorò invece, verso il 1630, i pennacchi della cupola, mentre sul finire del secolo Antonio Gherardi si occupò della scenografica ornamentazione della Cappella di Santa Cecilia, nella quale l’artista, che già aveva lavorato alla decorazione di Santa Maria in Trivio, seppe ideare dei fantasiosi ed elaborati giochi di cromatismo e di prospettiva.