1845年生於瑞士里斯塔爾一個高級官吏家庭，他的童年是在伯爾尼度過的。1863年就讀於蘇黎世大學法律系。1864年因與父親發生爭執而離家出走，來到盧塞恩。1865年在巴塞爾學習法律，後又轉至蘇黎世和海德堡攻讀神學。畢業後，由於他信仰無神論而失去了在格勞賓查的牧師職位。
1871年，施皮特勒在俄國和芬蘭當了幾年家庭教師，1879年回國後在伯爾尼一所女子學校任教，兩年後又去比爾湖畔的新威維勒繼續擔任教師。他青年時代就從事文學創作活動，成就甚微，爲了維持生活，他不得不在一些中學裏任教。特別是他經過多年嘔心瀝血寫成的長詩《普羅米修斯和厄庇米修斯》發表後，在社會上沒引起什麼反響，對他是一個沉重的打擊。但他沒有灰心，繼續努力。1871年獲得牧師職位，隨即放棄，應聘到聖彼得堡任講師。1881年回瑞士，在伯爾尼一家女子學校任教，與一位來自荷蘭的女子結婚。此後，輾轉數外任教和寫作。1885至1892年任報刊編輯。1892年，他繼承了岳父家的遺產，從經濟的困厄中得到解脫，他帶着妻子、女兒住進別墅，當一名職業作家。這時，他的長期被壓抑的創作才華，在這裏得到發揮出來。《奧林匹亞的春天》就是在這裏產生的。
卡爾·斯皮特勒是一位反對世界戰爭的和平民主人士，1914年12月第一次世界大戰爆發之際，斯皮特勒應新瑞士協會之請，在蘇黎世發表一篇題爲《我們瑞士人的立場》的演說，嚴厲抨擊德國的戰爭政策。1915年印成單行本發行，在世界各國產生巨大影響。可能也由於這個因素，他獲得了1919年諾貝爾文學獎金。這以後，他改寫年輕時寫的《普羅米修斯和厄庇米修斯》，並將書名改爲《受難者普羅米修斯》。
1924年12月29日，斯皮特勒逝世。
