Karl Freund wurde am 16. Januar 1890 in Königinhof an der Elbe (heute Dvur Králové nad Laben / Tschechien) geboren. Mit 11 Jahren zog seine Familie nach Berlin, wo Freund weiter die Schule besuchte und nach deren Abschluss eine Lehre in einer Stempel-Fabrik begann. Ab 1906 arbeitete er bei verschiedenen Unternehmen als Filmvorführer, wo er auch erste Erfahrungen als Kameramann sammeln konnte. Zwei Jahre später arbeitete er im Team von Oskar Messter und als Wochenschau-Kameramann bei Pathé Frères.

1911 reiste Freund nach Belgrad, wo er im Auftrag der Gebrüder Savić ein Filmlaboratorium einrichten sollte. Im folgenden Jahr drehte er hier seinen ersten Spielfilm, das Melodram "Jadra Majka" ("Arme Mütter"). Als Freund 1913 nach Berlin zurückkehrte, wurde er für die Projektions-AG Union (PAGU) engagiert und wirkte an Filmen des Stummfilmstars Asta Nielsen mit. Auch seine Zusammenarbeit mit Oskar Messter führte er fort. Ab 1916 drehte er für die Messter Spielfilm GmbH, etwa unter der Regie von Robert Wiene und Rudolf Biebrach. Vor der Kamera stand dabei häufig Henny Porten.

1919 machte sich Freund mit der "Karl Freund-Film GmbH" selbstständig. In seinem neuen Speziallabor bot er nahezu jede Art von film- und fototechnischer Dienstleistung auf höchstem Niveau an. Innerhalb dieser Firma hatte Freund, immer an Innovation und Technologie interessiert, die Möglichkeit, Experimente durchzuführen.

Nach wie vor war er als Kameramann für alle namhaften Ufa-Regisseure und Produzenten tätig. Dabei wurde vor allem die Zusammenarbeit mit F.W. Murnau, Carl Mayer und Erich Pommer wegweisend. 1921 führte er bei "Der tote Gast" erstmals auch Regie. 1924 entwickelte Freund, inspiriert durch Mayers Drehbuch, für "Der Letzte Mann" die so genannte "entfesselte Kamera", indem er den Apparat vom Stativ löste und (mit Gewichten ausbalanciert) an ein Fahrrad oder den eigenen Körper schnallte. Es ist davon auszugehen, dass Freund nicht als erster dieses Verfahren ausprobierte, aber er professionalisierte und verbesserte es soweit, dass ihn diese Kameraarbeit international bekannt machte.

Freund führte, gemeinsam mit Günther Rittau, die Kamera in Langs Monumentalepos "Metropolis" (1926) ebenso wie in der experimentellen Dokumentation "Berlin – Sinfonie der Großstadt"(1927) von Walther Ruttmann, die Freund auch produzierte. Hier experimentierte er mit unterschiedlichen Aufnahmegeschwindigkeiten.

Nach ersten eigenen Ton- und Farbfilmexperimenten folgte er 1929 einer Einladung der Technicolor Corporation in die USA für weitere Versuche mit Farbverfahren. In Hollywood wurde Freund von Universal engagiert. Quasi als Einstand beteiligte er sich, ohne in den Credits erwähnt zu werden, an Milestones Remarque-Verfilmung "All Quiet On the Western Front" ("Im Westen nichts Neues"), für die er die Schlusssequenz mitentwickelte. Während seiner Arbeit für Universal konzentrierte sich Freund dann auf das Horror-Genre mit herausragenden Beispielen wie "Dracula" (1931) und "Murders in the Rue Morgue" ("Mord in der Rue Morgue", 1932). Auch eine seiner frühen Regiearbeiten "The Mummy" ("Die Mumie", 1932) mit Boris Karloff in der Hauptrolle gehörte zu diesem Genre und wurde zum stilbildenden Klassiker. Es folgten weitere von ihm inszenierte Filme, die aber nicht an den Erfolg der "Mumie" anknüpfen konnten.

Freund inszenierte seine letzte Regiearbeit "Mad Love" ("Wahnsinnige Liebe", 1935), das Hollywood-Debüt von Peter Lorre, bei MGM und war nun etwa drei Jahre für dieses Studio tätig. Vielfach gelobt wurden die Elemente des europäischen Expressionismus, die er in die visuelle Gestaltung dieses Films einfließen ließ. Bei MGM drehte er unter anderem auch "The Great Ziegfeld" ("Der große Ziegfeld", 1936) und "Pride and Prejudice" ("Stolz und Vorurteil", 1940). 1937 wurde er für seine Kameraarbeit in Thalbergs "The Good Earth" ("Die Gute Erde") mit dem Oscar ausgezeichnet. Nach Tätigkeiten für verschiedene Studios wechselte Freund 1947 zu Warner Bros., wo er 1950 zum letzen Mal die Kamera in einem Kinofilm bei Michael Curtiz' "Bright Leaf" ("Zwischen zwei Frauen") führte.

Konstant beschäftigte sich Freund mit Forschung rund um die Kameratechnik. Anfang der Fünfziger wurde er vom Inhaberehepaar der Produktionsfirma "Desilu" beauftragt, deren Produktion von TV-Shows voranzutreiben. Hier entwickelte er das mittlerweile zum Standard gewordene "Multicam"-System: drei Kameras zeichnen parallel das Geschehen auf, aus verschiedenen Perspektiven, aber mit synchronen Einstellungen. Dies revolutionierte die Produktion von TV-Ereignissen.

1960 zog sich Freund aus der aktiven Kameraarbeit zurück, widmete sich seinen Forschungen, besuchte Tagungen und veranstaltete Seminare. 1965 wurde er in Deutschland für seine Leistungen mit dem Filmband in Gold ausgezeichnet. Seit 1919 war er in zweiter Ehe mit der Schauspielerin Trude Freund, geb. Hoffmann verheiratet.

Karl Freund, der in über 150 Filmen die Kamera führte, starb am 3. Mai 1969 in Santa Monica.