Benz sinh vào ngày 25 tháng 11 năm 1844 dưới tên là Karl Friedrich Michael Vaillant trong khu phố Mühlburg thuộc thành phố Karlsruhe ngày nay. Một năm sau khi sinh ra ông, mẹ là bà Josephine Vaillant thành hôn với cha của ông là Johann Georg Benz. Người lái tàu hỏa này mất năm 1846, một năm sau khi cưới. Tên ông trở thành Karl Friedrich Michael Benz, sau này ông đổi tên thành Carl Friedrich Benz.

Từ năm 1853 ông đi học trường trung học Gymnasium (tiếng Pháp: Lycée - trường lít xê) có xu hướng nghiên về khoa học tự nhiên tại Karlsruhe. Năm 15 tuổi Carl Benz thi đậu vào trường Đại học Bách khoa (sau này là trường Đại học Kỹ thuật) tại Karlsruhe vào ngày 30 tháng 9 năm 1860. Ông tốt nghiệp sau bốn năm học vào ngày 9 tháng 7 năm 1864. Ngày 20 tháng 7 năm 1872 ông thành hôn với bà Bertha Ringer.

Nhà kỹ sư chế tạo máy người Đức trở thành người tiên phong trong ngành công nghiệp ô tô. Ngày 25 tháng 11 năm 1914 Trường Đại học Kỹ thuật Karlsruhe đã trao tặng bằng tiến sĩ danh dự cho Carl Friedrich Benz.

Ông mất ngày 4 tháng 4 năm 1929 tại Ladenburg vì hậu quả của bệnh viêm phổi, thọ 84 tuổi.