Karl Hartl wurde am 10. Mai 1899 in Wien geboren. Nach Besuch des Norbertinums erhielt er eine Stelle als "Hilfsregisseur" bei der Sascha-Filmfabrik. Ab 1919 war er Assistent des ungarischen Regisseurs Alexander Korda und fungierte als dessen Produktionsleiter bis Mitte der 20er Jahre in Berlin. Seit 1926 zurück in Wien, kümmerte er sich um die Bearbeitung ausländischer Filme im Sascha-Filmverleih, arbeitete als Produktionsleiter eng mit dem Regisseur Gustav Učicky – einem Schulfreund – zusammen und war ab 1929 auch dessen Co-Autor.

Nach dem eher unbedeutenden Regiedebüt "Ein Burschenlied aus Heidelberg" (1930) und der Zusammenarbeit mit Luis Trenker bei "Berge in Flammen" (1931), etablierte er sich 1932 endgültig mit den Filmen "Die Gräfin von Monte Christo" (mit Brigitte Helm) und "Der Prinz von Arkadien" (mit Willi Forst). Bei den aufwendigen Science-Fiction-Filmen "F.P. 1 antwortet nicht" (1932) und "Gold" (1934) arbeitet er mit Schauspieler Hans Albers zusammen, welcher neben Heinz Rühmann auch in Hartls wohl originellstem Film "Der Mann, der Sherlock Holmes war" (1937) die Hauptrolle spielte.

Ab 1938 war Hartl Produktionschef der Wien-Film GmbH, der staatlichen Zusammenfassung österreichischer Filmgesellschaften. Unter seiner Leitung entstanden weitgehend propagandafreie Unterhaltungsfilme.

Sein erster Nachkriegsfilm "Der Engel mit der Posaune" (1948) wurde von der Kritik hoch gelobt. Nach eher seichten Unterhaltungsfilmen in Deutschland gelangen ihm schließlich erst mit "Weg in die Vergangenheit" (1954) und "Mozart" (1955) wieder ambitioniertere Filme. Seit 1957 als Herstellungsleiter bei Cosmopol-Film Wien tätig, wurde er aufgrund seiner Fähigkeiten als versierter Regisseur auch immer wieder als Berater und zur Bearbeitung missglückter Filme bei der neuen Wien-Film herangezogen.

Karl Hartl starb am 29. August 1978 in Wien.