Karl Landsteiner est né le 14 juin 1868 à Vienne en Autriche. Son père, Leopold Landsteiner, était journaliste, éditeur de revues, ainsi que juriste, celui-ci décède alors que Karl n'a que six ans, il est donc élevé par sa mère, Fanny Hess.
Il étudie à l'Université de Vienne, diplômé en 1891, il sera toute sa vie intéressé par les mécanismes du sang. Il complètera sa formation en chimie aux laboratoires de Hantzsch près de Zurich, d'Emil Fischer à Würzburg et Bamberger à Munich. De retour à Vienne, il retourne travailler comme assistant de Max von Gruber à l'Institut d'Hygiène de Vienne. 
De 1898 à 1908, il sera assistant au Département d'Anatomie Pathologique de l'Université de Vienne, du professeur Weichselbaum. Ce dernier le fera engager plus tard à l'hôpital Wilhelmina de la ville. Il découvre les groupes sanguins entre 1901 et 1903. En 1908, il devient professeur de pathologie à l'Université de Vienne. En 1916, il se marie avec Helen Wlasto, et leur couple aura un fils.
Suite à la Première Guerre mondiale, il quitte l'Autriche pour les Pays-Bas. En 1922, il rejoint l'Institut Rockefeller (Rockefeller Institute for Medical Research) à New York, et y resta pour le restant de ses jours (même après sa retraite en 1939.) Au cours de cette période, il devient citoyen américain.
S'exilant aux USA, il deviendra Professor Emeritus à l'Institut Rockefeller en 1939.
Classification des groupes sanguins
La rencontre avec son collègue " Schlemihl " aura lieu en 1899 au Whilelminaspital. Il découvrit les groupes sanguins, en étudiant le phénomène de coagulation du sang.
En 1940, Karl Landsteiner et A.S. Wiener découvrent le "facteur Rhésus" (Rh), du nom du singe macaque ayant servi à l’expérimentation et le mécanisme des iso-immunisations fœto-maternelles (maladie hémolytique du nouveau-né).
Ces groupes sont déterminés par la présence ou l'absence d'agglutinogènes M et N et d'agglutinines spécifiques des globules rouges et du plasma. Ces résultats permirent en particulier d'expliquer et d'éviter les accidents qui se déroulaient lors des transfusions.
Prix Nobel de Médecine en 1930. Son ouvrage The Specificity of Serological Reactions (1936) contribua au développement de l'immunologie et de la sérologie.
Karl Landsteiner est mort le 26 juin 1943, à New York, d'une crise cardiaque.