Участник Первой мировой войны; в сентябре 1917 поступил добровольцем в королевскую баварскую армию. Служил в 16-м пехотном полку «Великий герцог Фердинанд Тосканский» . За боевые отличия награждён Железным крестом 2-го класса.
В апреле — июне 1919 участвовал в деятельности Фрайкора (добровольческого корпуса).
В ноябре 1919 уволен из армии в звании лейтенанта.
В 1922—1923 служил в бригаде Г. Эрхардта.
В 1927 окончил университете Мюнхена. Работал адвокатом.После прихода нацистов к власти вступил в НСДАП (билет № 1 903 388), в марте 1933 — в СА, 15.6.1934 — в СС (билет № 107 161), где сразу получил звание унтерштурмфюрера СС и был переведен на службу в Службу безопасности (СД).
В 1935 в звании оберштурмфюрера СС служил в Главном управлении имперской безопасности Третьего рейха .
С апреля 1936 — гауптштурмфюрер СС.
С апреля 1937 по июнь 1940 в звании штурмбанфюрера, а затем оберштурмбанфюрера СС возглавлял местный отдел гестапо в Мюнхене; с апреля 1941 — оберст-дер-полицай.
С июня 1939 по апрель 1944 — инспектор полиции безопасности и СД в Зальцбурге.
С мая 1942 — оберфюрер СС. Одновременно с марта 1941 занимал ряд высоких должностей в I управлении (кадры) РСХА.9.11.1942 стал бригадефюрером СС, 21.10.1942 — генерал-майором полиции.
С 15 сентября 1943 до мая 1945 — руководитель СС и полиции в Бозене (Больцано) на севере Италии. Контролировал СС и полицию в Южном Тироле и итальянской провинции Беллуно.
В 1945 участвовал в военных действиях.Нацист Карл Брюннер принимал активное участие не только в борьбе с патриотами и гражданскими лицами, но и в депортации всех евреев подчинённых ему областей Италии.
В мае 1945 в Италии был арестован союзниками.
В 1947 находился в спецлагере, с мая 1948 — в лагере для репатриированных.