Francesco Borromini a construit un cloître à San Carlino dans le grand espace situé entre le bâtiment du couvent et la voie publique. Pour sa construction, il s'est inspiré des atriums typiques des anciennes maisons romaines, avec un puits au milieu du cloître pour recueillir l'eau de pluie.

Le cloître est de plan rectangulaire - bien que ses angles aient été remplacés par des courbes convexes - et présente un double niveau d'élévation.

Le premier niveau est constitué de paires de colonnes toscanes soutenant une serliana qui entoure tout le périmètre du cloître. La galerie intérieure du premier niveau est couverte d'une voûte en berceau continue, qui traverse subtilement, sans arêtes, les autres voûtes plus courtes qui partent perpendiculairement des arcs de la serliana.

Le niveau supérieur est également constitué de paires de colonnes toscanes, dans la lignée de celles du niveau inférieur, mais plus petites en section et en hauteur, ce qui donne au cloître une sensation optique de plus grande élévation. Les colonnes de ce deuxième niveau sont surmontées de chapiteaux octogonaux qui soutiennent une structure linteau qui parcourt tout le périmètre du cloître en ligne droite. Dans la balustrade de ce deuxième niveau, qui est clairement baroque, l'alternance des balustrades droites et inversées du parapet est frappante.