Карло Николини начал тренерскую карьеру в «Брешиа», затем работал в штабах «Галатасарая» и «Бешикташа». В разные годы он также входил в тренерские группы «Шахтёра», «Зенита» и национальной сборной Турции.

С «Шахтёром» Николини сотрудничал в 2004–2016 годах, а также в 2023-м. С сентября 2020 года он был ассистентом спортивного директора клуба Дарийо Срны. 27 мая 2025 года Карло Николини вошёл в тренерский штаб Арды Турана.