Карлис Бренценс родился 6 мая 1879 года в Мадлиенской волости Лифляндской губернии, Российской империи (ныне — Огрский край Латвии) в семье ремесленника. Двоюродный брат — художник Эдуард Бренценс.Учился в Мадлиенской приходской школе и Рижской Николаевской гимназии. Окончил с отличием Центральное училище технического рисования барона А. Л. Штиглица (1903).Изучал витражное искусство и технику росписи по стеклу, стажировался в Парижской мастерской художественной росписи стекла Феликса Годена (1904—1907), исполнял витражи по эскизам Эжена Грассе. Будучи стипендиатом, занимался рисунком и живописью в Академии де ла Гранд Шомьер, посещал лекции по истории искусства и прослушал курс анатомии.Преподавал художественную обработку стекла и витраж в мастерской в Центральном училище Штиглица (1907—1920), был руководителем художественного отделения Цесисской ремесленной школы (1921—1924), педагогом Латвийской академии художеств (1923—1951), профессор (1947).Участвовал в работе художественного кружка «Рукис» и художественного объединения «Садарбс» (1924—1939), член Союза художников Латвии (с 1944).Умер 30 апреля 1951 года в Риге.