Carl Frederik Sørensen (født 8. februar 1818 i landsbyen Besser på Samsø, død 24. januar 1879 i København) var en dansk marinemaler.
Sørensen viste tidlig anlegg for å tegne og ble sendt til København for å utdanne seg i faget. Han kom inn på Kunstakademiet og tok etter hvert den lille sølvmedaljen. Allerede i studietiden stilte han ut et maleri som ble kjøpt av C.S. Danneskjold-Samsøe. Denne kontakten gjorde at Sørensen fikk oppgaver i forbindelse med dekoreringen av Thorvaldsens Museum.
Sørensen var med på å ta initiativ til stiftelsen av «Kunstnerforeningen af 18. november» i 1842, en forening som består fremdeles.
Han var på flere reiser rundt i Norden. Etter å ha henvendt seg til Christian VIII i 1846 kom han seg på en reise sydover på en dansk fregatt og var blant annet i Italia.
Sørensen gikk mer og mer over til å male marine motiver. I 1847 mottok han den Neuhausenske Præmie for «Skibe i Kattegattet under Bramsejlskuling med Dønninger efter en Storm.»
Sørensen ble medlem av Akademiet i 1856.