Валентин Людвиг Фей родился в пригороде Мюнхена, в 1888—1895 годах посещал народную школу, затем выучился на столяра и работал по специальности до 1901 года.
В рабочей самодеятельности раскрылся его юмористический дар, и в 1902 году Валентин Фёей «повесил на гвоздь» свою профессию, — сейчас этот гвоздь, давший начало крылатому выражению с лёгкой руки Карла Валентина, можно увидеть вбитым в стену одного из залов богатого на забавные экспонаты и причудливые документы Музея Валентина и Карлштадт в Мюнхене (нем. Karl-Valentin-Museum). Взяв себе сценическое имя Карл Валентин, он начал выступать в варьете в качестве куплетиста, аккомпанируя себе на мандолине.После неудачных гастролей в разных городах Карл Валентин в 1908 году вернулся в Мюнхен. Здесь к нему впервые пришёл успех с монологом собственного сочинения «Аквариум» . Валентин был приглашён в «Фольксзенгербюне» (Volkssangerbuhne), где вскоре получил признание, выступая от случая и к случаю и на других сценах.
В 1911 году он познакомился с Элизабет Веллано (1892—1960), двумя годами позже ставшей его постоянной партнёршей под сценическим именем Лизль Карлштадт.
В 1912 году Валентин увлёкся кинематографом; первым его фильмом стала 8-минутная «Свадьба Карла Валентина» — сатира на институт брака.
Он создал в общей сложности около 40 фильмов, в основном короткометражных; нередко просто снимал на киноплёнку свои сценические скетчи.После прихода к власти нацистов в 1933 году Валентин не эмигрировал из Германии, как многие его друзья; относился к нацистскому режиму скептически, но от высказываний на политические темы воздерживался.За годы своей сценической деятельности Карл Валентин создал и блистательно исполнил более 450 одноактовых пьесок, миниатюр, скетчей и куплетов. Его в значительной степени созданная на основе абсурдно-логического словотворчества драматургия, оказавшая влияние на многих современников, в том числе на Бертольта Брехта, была обозначена Куртом Тухольским как «адский танец Благоразумия вокруг обоих полюсов Сумасшествия» .Фонтан Карла Валентина на площади Виктуалиенмаркт в МюнхенеНе имевший постоянной работы, страдавший от недоедания Валентин умер от воспаления лёгких после переохлаждения, полученного после того, как он по недосмотру оказался запертым на ночь в одном из неотапливаемых мюнхенских театров. Похоронен в Планеге под Мюнхеном.