Em 1875 viajou para a França, matriculando-se no 3 ano da Faculdade de Medicina de Paris, onde, com brilhantismo, recebeu o grau de Doutor em Medicina, no ano de 1878, tendo-se especializado em cirurgia sob a direção do renomado professor Courty. A tese que defendeu na sua formatura era "Contribuição ao estudo da inversão uterina antiga e seu tratamento". Viaja alguns meses pela Europa e volta então para a província de São Paulo, resolvido a exercer a sua profissão na capital.
Pouco depois de seu regresso da França, casa-se no Rio de Janeiro com D. Constança de Brito Souza Filgueiras * 20.03.1947 no Rio de Janeiro, filha de Caetano Alves de Souza Filgueiras e Constança de Brito Abreu Menezes. Sua esposa foi a animadora perfeita e inspiradora na missão que se impusera na sua nobre carreira. Tiveram os filhos: Leticia de Arruda Botelho; Antonio Carlos de Arruda Botelho; Carlos José Botelho Junior; Constança Botelho de Macedo Costa e Luis de Arruda Botelho.

Carlos Botelho - Médico

Com imenso futuro diante de si, podendo escolher à vontade a sua clientela, com posição definida na melhor sociedade brasileira - filho que era do Conde de Pinhal - qual foi entretanto o campo escolhido pelo jovem médico para o desenvolvimento da sua especialidade?

A Santa Casa da Misericórdia de São Paulo! A essa benemérita instituição é que Carlos Botelho se dedicou de corpo e alma, para atender ao espírito humanitário que o impelia em socorro dos menos favorecidos. Revalidou o seu título perante a Faculdade de Medicina do Rio de Janeiro, em 1883.
Pela sua dedicação e proficiêncía, foi indicado para ser o primeiro diretor clínico da Santa Casa, quando da criação desse cargo em 1884. Surgem naquela época, na Santa Casa, duas vigorosas figuras de cirurgiões, que repartiam a prática da cirurgia no hospital: Carlos Botelho e Nicolau Vergueiro.

Botelho tinha a brilhante formação cultural e técnica da escola francesa, em grande prestígio no século passado, enquanto Vergueiro se educara na rígida disciplina da escola alemã. Esta desigualdade de escolas provocava constantes celeumas e discussões entre os dois chefes de cirurgia. Luiz Pereira Barreto veio completar a tríade, com Botelho e Vergueiro, dando impulso a uma nova era de práticas cirúrgicas.

Para mostrar a sua disposição à urologia, lembramos que em 1882 publicava uma estatística de seus primeiros meses de clínica, que reflete definida tendência para esse campo. A atenção de Carlos Botelho voltou-se para os problemas da sutura da bexiga e para os curativos pós-operatórios, conforme demonstra o trabalho por ele apresentado em 1887, à recém fundada Sociedade de Medicina e Cirurgia de São Paulo. Inventou as chamadas "almofadas de celulose sublimada", envolvidas em saco de gaze, que pela sua grande capacidade higrométrica absorvia toda a urina eliminada, o que constituiu um aprimoramento técnico de importância. No campo da medicina, Carlos Botelho pode ser considerado um dos expoentes dos primórdios da cirurgia paulista. Ainda hoje, tantos anos decorridos, se recordam com respeito, nos centros médicos brasileiros, os feitos do jovem operador.

Carlos Botelho - Ruralista

Homem de excepicional sensibilidade para os problemas do momento, de um interesse cívico fora do comum, percebendo as deficiências econômicas e sociais com que lutava o país, antevia as possibilidades que tínhamos de vencê-las. Ligado a terra pelo seus antecedentes, dono de propriedades agrícolas de importância, não se conformavacom o "rocetrismo" dos processos agrícolas que vinham esgotando desnecessariamente o nosso solo e se dispôs a demonstrar que, com ânimo, inteligência e estudos, poderíamos revolucionar a agricultura, multiplicando a produção com a mesma soma de esforços e despesas, preservando, além de tudo, a fertilidade da terra. A revolução que empreendeu, iniciou-se em suas próprias fazendas, a Dourado, em Iguape, e a Lobo, em São Carlos. Queria demonstrar, pelo exemplo, do que seriam capazes as nossas terras, se tratadas racionalmente.

Carlos Botelho - Homem Público e Colonizador

No governo de Jorge Tibiriçá, Presidente do Estado de São Paulo, de 1904 a 1908, ocupou Carlos Botelho a pasta da Secretaria da Agricultura, que então compreendia também as de Comércio, Obras Públicas, Viação, Navegação e Iluminação. Dentro de suas complexas atribuições, devemos citar algumas das realizações de sua iniciativa. O levantamento da carta geográfica do Estado; a criação de escolas agrícolas: a encampação da Estrada de Ferro Fluminense; o serviço de águas e esgotos da capital; o saneamento da cidade de Santos, entregue por Carlos Botelho ao engenheiro Saturnino de Brito: e muitas outras. A capital paulista ficou a dever-lhe um dos seus mais encantadores logradouros de lazer - o Jardim da Aclimação que Carlos Botelho mandou construir nos moldes do Jardin de la Acclimatation, de Paris, que ele costumava freqüentar nos seus tempos de estudante. Mas foi no campo da agropecuária que Carlos Botelho mais se revelou. Ao assumir o seu novo cargo, Botelho havia acabado de voltar dos Estados Unidos, onde conheceu novos sistemas de trabalho agrícola.
Resolveu, então, dar impulso à cultura do algodão, relegada por nós a segundo plano devido à concorrência norte-americana.

Esse gesto foi vivamente criticado, porém, perseverou no seu intento. Fez propaganda dos mais modernos métodos de cultura, desde o preparo do terreno até o aproveitamento industrial. Organizou mesmo, uma exposição num edifício existente no Largo São Francisco. Alguns fazendeiros se deixaram contaminar pelo entusiasmo e, assim, a cultura do algodão era reintroduzida em São Paulo, tornando-se posteriormente uma das nossas maiores fontes de riqueza. Com referência ao arroz, que até então se importava do Oriente, iniciou aqui essa cultura, pelo sistema de irrigação, trazendo inclusive técnicos americanos para o núcleo de Moreira César. Aplicou o mesmo sistema de irrigação aos nossos cafezais. O despolpamento do café, assunto ainda hoje tão atual, teve nele um dos seus propagandistas mais entusiastas. Carlos Botelho foi um campeão da campanha do trigo nacional. Ficaram famosas as fotografias do apaixonado lavrador no meio de seus formosos trigais. Recordamos que, pela primeira vez, ele promoveu exposições agrícolas em Campinas, Batatais, São Carlos, ltapetininga e Pindamonhangaba. Preocupou-se com a erosão, estimulou estudos meteorológicos regionais, deu os primeiros passos no campo da estatística aplicada e, na sua administração, nasceu a moderna divulgação agrícola paulista. O problema de falta de braços para a lavoura era na época dos mais angustiantes.

Criou a Agência Oficial de Colonização e Trabalho. Estabeleceu os núcleos coloniais de Nova Odessa, Nova Europa, Jorge Tibiriçá, Nova Paulista e Gavião Peixoto. Pessoalmente supervisionou a implantação desses núcleos. Deu especial atenção ao de Nova Odessa, pois esse teve muitos problemas até se consolidar. Inclusive, foi abandonado pelos primeiros colonos, os judeus russos, e só se desenvolveu quando para lá canalizou a imigração leta. Na época, a maior imigração era de italianos. Houve um período em que o governo da Itália incentivava os seus súbditos a emigrar para as colônias da Africa, em detrimento da América. Nesse impasse, Carlos Botelho convidou o representante da Espanha a visitar os núcleos coloniais e, desse modo, conse­guiu atrair a imigração espanhola. Em 17 de setembro de 1906 chegou no Porto de Santos, José Ruiz Gea , com a esposa Isabel Martinez Cayuela e filhos. Originários de Vélez Rubio, Almeria,Espanha.
Outra família que chegou no mesmo dia, no mesmo Vapor (navio) "Aquitaine", foi José Martínez Lopez e família. Eram de Cúllar de Baza, Granada, Espanha. Essas 2 famílias foram trabalhar nas Fazendas de Café do Dr.Carlos Botelho em Dourado - SP (antiga São João Batista de Dourado).
José Ruiz Gea após trabalhar na Fazenda do Dr. Carlos Botelho em Dourado, foi para o núcleo colonial Nova Europa, que ficava a uns 30 Km, onde adquiriu o lote nº 175, cujo título definitivo foi assinado em 11.05.1921. O núcleo colonial deu origem à cidade de Nova Europa - SP
O grande número de imigrantes europeus que acorreram para o núcleo e sua variedade étnica, deu origem ao nome da cidade Nova Europa . A maioria os imigrantes eram espanhóis, alemães, italianos, russos e estonianos. O primeiro grande numero de imigrantes a chegar foram os russos, contudo sofreram muito com a febre amarela no inicio do século, atualmente o maior grupo de imigrantes é o dos alemães, que chegaram em grande numero, entre os anos de 1908 a 1925.
Permitiu também a vinda de colonos de Santa Catarina para o Estado de São Paulo, onde as condições eram mais favoráveis.

Em 1907, antes da primeira leva oficial de imigrantes japoneses, Carlos Botelho providenciou a vinda de alguns deles, que foram para a Fazenda Dourado, em lguape, de propriedade de seu pai. Coroada de êxito que foi esta iniciativa, vieram depois, oficialmente, os 796 japoneses que desembarcaram do navio Kasado Maru, em Santos. No campo da pecuária, criou o Posto Zootécnico de São Carlos, onde centralizou grande quantidade de reprodutores, importados de seus pontos de origem e, em 1908, ali realizou uma importante exposição de animais. Em anexo, fundou a Escola de Leitaria, Zootécnica e Alvenaria. Data de seu tempo o estímulo de forragens para gado. Reestruturou e desenvolveu a Escola Superior de Agronomia " Luiz de Oueiroz ", de Piracicaba - SP, contratando especialistas estrangeiros e lá também organizou a Fazenda Modelo, visando dar um cunho prático ao ensino.

Criou em Iguape o Aprendizado Agrícola, semente daquilo que devem ser as nossas escolas práticas de agricultura. Carlos Botelho, agricultor exímio e cientista, não ficaria adstrito ao ensino rural para o fomento da produção. Deu a maior ênfase à experimentação e pesquisas do setor, emprestando grande apoio ao Instituto Agronômico de Campinas, desenvolvendo-lhe as seções, trabalhos e pesquisas. E para que estas não ficassem restritas aos arquivos de repartição, ao mesmo tempo que incrementava a distribuição de folhetos e publicações da Secretaria, fundou em 1907 a esplêndida biblioteca da Secretaria da Agricultura. Dedicando-se à política foi eleito senador estadual pela legenda do Partido Republicano Paulista. Serviu-se de sua cadeira para se bater em prol de leis e regulamentos tendentes a estimular os lavradores e os criadores a ampliar as possibilidades econômicas de São Paulo.

É dessa fase a fundação da Sociedade Rural Brasileira, da qual foi o primeiro presidente. Político esclarecido e leal, parlamentar vigoroso que da tribuna do Senado tantos problemas debateu, conferencista que tantos aplausos recebeu, de vir­tudes diplomáticas que lhe valeram a estima de estadistas internacionais e que o levaram à chefia de nossa representação na Conferência Agronômica de Montevidéu. A sua vida privada foi cheia de ensinamentos para os que tiveram a fortuna de conhecê-lo na intimidade, assim como a sua existência no lar, padrão do que de melhor nos legaram as nossas tradições familiares. Baste nos assegurar que todos esses ângulos de sua vida, todos esses aspectos de suas múltiplas ocupações, que todas essas facetas de sua personalidade, se conjugaram homo­geneamente para constituir um dos mais equilibrados espíritos que o Brasil já teve.

Afastando-se dos cargos públicos, dedicou-se aos cuidados de suas propriedades agrícolas, criando ali modelares estabelecimentos. Faleceu na Fazenda do Lobo, em São Carlos, aos 92 anos de idade, em 20 de março de 1947. Deixou estirpe ilustre, constituída pelo dr. Carlos José Botelho Jr. cirurgião e ex-diretor do Centro Anti-Canceroso do Hotel Dieu, de Paris, descobridor da "reação Botelho" para diagnóstico e tratamento do câncer; d. Constança de Macedo Costa, casada com o dr. Augusto de Macedo Costa; e o Antonio Carlos de Arruda Botelho, casado com d. Olímpia Uchôa de Arruda Botelho, conhecido lavrador e antigo vice-presidente da Sociedade Rural Brasileira.

Dr Carlos Botelho, foi o primeiro médico a ter um hospital particular da América Latina, na capital de São Paulo. Possuía neste hospital um lindo jardim, onde aclimatava as mudas e plantas do mundo inteiro que recebia de presente de amigos, já que estes amigos sabiam ser este um dos prazeres de sua madrasta, a Condessa do Pinhal. Dr Carlos Botelho era filho único do primeiro casamento). Portanto, ao chegarem de suas viagens marítimas em Santos, seguiam para a capital (rumo obrigatório para quem se dirige a São Carlos do Pinhal) para seguirem viagem até a Fazenda Pinhal e presentear a Condessa pessoalmente, ou, na própria capital, entregar as mudas ao Dr Carlos Botelho.

Vejam os leitores que na prática, o jardim do hospital do Dr Carlos Botelho possuía as mesmas plantas que até hoje permanecem nos jardins da Fazenda Pinhal em São Carlos. E o fato do Dr Carlos Botelho aclimatá-las no jardim do hospital, tornou o mesmo jardim famoso pela variedade de espécies, apelidado carinhosamente de Jardim da Aclimatação. O que acabou se tornando no atual bairro paulistano chamado Jardim da Aclimação ou Aclimação. Fundou em 1892 o Jardim da Aclimação e o Jardim Zoológico da capital paulista.