Карл Вальц родился в семье главного машиниста Мариинского театра Ф.К. Вальца.

С 1855 года он учился декорационному искусству в Германии у О. Рама и К. Гропиуса. По возвращении в Россию в 1861 году был зачислен в Большой театр, где прослужил 65 лет.

Вальц был одним из последних представителей машинистов-декораторов — "магов и волшебников сцены". Не являясь живописцем в строгом смысле слова, он был талантливым изобретателем, устроителем грандиозных сценических "пожаров" и фейерверков, полётов и превращений, таинственных исчезновений и появлений. Часто бывая за границей, Вальц стремился внедрить на русской сцене новейшую западную театральную технику.

Художник оформлял драматические, оперные и балетные спектакли в Малом, Большом, а также и в Мариинском театрах. Руководил монтировочной частью Русских сезонов в Париже.
Оставил мемуары "Шестьдесят пять лет в театре" (1928).