Карл Бюхер родился в 1847 году в семье щёточника Фридриха Бюхера и его жены Христианы, занимавшихся сельским хозяйством в городке Кирбург.
С 1863 по 1866 год мальчик посещал гимназию в Хадамаре, а затем в 1866—1869 годах изучал историю и филологию в Боннском и Гёттингенском университете.
В 1870 году он получил степень доктора наук, защитив в Боннском университете диссертацию «Quaestionum Amphictyonicarum specimen. De gente Aetolica Amphictyonicae participe» .Получив образование, Карл работал домашним учителем и учителем гимназии, а с 1878 по 1880 год состоял редактором отдела экономической и социальной политики в газете «Frankfurter Zeitung» .
В 1881 году Бюхер стал доцентом кафедры политической экономии и статистики в Мюнхенском университете. Летом 1882 года был назначен ординарным профессором статистики в Дерптском университете и в том же году женился на Эмилии Миттермайер.Уже осенью 1883 года Карл Бюхер получил кафедру политической экономии и финансов в Базельском университете, а осенью 1890 года стал профессором народного хозяйства в политехникуме в Карлсруэ. Через два года, в 1892 году, Карл Бюхер стал профессором национальной экономики на философском факультете Лейпцигского университета и проработал в этой должности до 1921 года.
В 1902—1903 годах он был назначен деканом философского факультета, а в 1903—1904 годах — ректором Лейпцигского университета.