Nacque a Roma il 25 settembre 1908. Dopo aver completato gli studi al Regio Collegio Militare di Moncalieri venne ammesso all’Accademia Navale di Livorno e nel 1928 conseguì la nomina a Guardiamarina.
Promosso Sottotenente di Vascello l’anno successivo, dopo un periodo di imbarco venne destinato al Distaccamento Marina di Pechino (Cina). Rimpatriato, frequentò il Corso superiore e da Tenente di Vascello partecipò, imbarcato su unità sommergibile, a due missioni speciali nelle acque spagnole durante la guerra civile spagnola.
Allo scoppio del secondo conflitto mondiale, che trovò Carlo Fecia di Cossato al comando del sommergibile Ciro Menotti, dislocato a Messina nell’ambito della 34a Squadriglia, operò in numerose missioni di agguato offensivo e nel dicembre dello stesso anno assunse il comando del sommergibile Tazzoli operante in Atlantico, alle dipendenze di Betasom. Fecia di Cossato volle un equipaggio composto da soli volontari:

«Se qualcuno vuole sbarcare lo dica subito. Io intendo partire con gente pronta a tutto.»