Когда отец Карла, правительственный чиновник, был в 1849 назначен казначеем Швейцарской Конфедерации, семья переехала в Берн, а Карл остался жить у тети в Базеле и поступил в местную гимназию. Позже он вернулся в Листаль, откуда совершал ежедневные поездки в Базельскую гимназию, в которой по ряду предметов получил подготовку на университетском уровне.
С ранних лет проявив способности к музыке и рисованию, Шпиттелер поначалу намеревался стать художником, однако в гимназии попал под влияние филолога Вильгельма Вакернагеля и историка Якоба Буркхардта, которые зародили в нем интерес к эпической поэзии, особенно к произведениям Лудовико Ариосто, итальянского поэта эпохи Возрождения. Вскоре Шпиттелер начинает писать собственные стихи.
В 1863, уступив желанию отца, Шпиттелер поступает в Цюрихский университет, на факультет права С 1865 по 1870 он изучает теологию в Цюрихе, Гейдельберге и Базеле, намереваясь быть священником, но затем отклоняет предложение стать пастором в Арозе, в кантоне Граубюнден, чтобы иметь возможность заняться литературой. В 1871 Шпиттелер становится домашним учителем в семье русского генерала и восемь лет живет в Петербурге, изредка выезжая в Финляндию. За то время он заканчивает свою первую значительную эпическую поэму "Прометей и Эпиметей" ("Prometheus und Epimetheus", 1881), которую он задумал еще будучи студентом в Гейдельберге Написанная ритмизованной прозой, поэма представляет собой современную аллегорию с метафорическими параллелями к конфликтам и противоречиям современной эпохи.
Вернувшись в 1879 в Швейцарию, Шпиттелер издает эту поэму на собственные средства под псевдонимом Карл Феликс Тандем Однако выход "Прометея" остается незамеченным, и Шпиттелер приходит к выводу, что не сможет обеспечивать себя литературным трудом В 1881 он становится учителем в Нойвевилле (кантон Берн), где через два года женится на своей ученице, Мари дер Хофф. В это же время Шпиттелер работает журналистом в газетах Базеля (1885-86) и Цюриха (1890-92) и продолжает писать, из-под его пера выходят: "О сверхъестественном" ("Extramundana", 1883) поэма, написанная белым стихом, "Бабочки" ("Schmetterhnge", 1889) сборник лирических стихотворений, прозаические произведения "Маленький Фред из клана Колдери" ("Fnedli der Kolderi", 1891) и "Густав" ("Gustav", 1892), а также сборник сатирических стихотворений "Литературные притчи" ("Litteransche Gleichnisse", 1892).
В 1892 жена Шпиттелера получает от родителей наследство, и он целиком посвящает себя литературе В Люцерне, куда писатель переезжает с семьей, были написаны: "Баллады" ("Balladen", 1896), "Ущелье Сен-Готард" ("Der Gotthard", 1897), повесть "Лейтенант Конрад" ("Conrad der Leutnant", 1898) и сборник критических эссе "Забавные истины" ("Lachende Wahrheiten", 1898).
Идеалист и классицист, Шпиттелер не мог в то время рассчитывать на широкую популярность. Тем не менее, он был замечен и оценен такими писателями и критиками, как Йозеф Виктор Видманн, литературный редактор "Бернер бунд" ("Berner Bund"), а также немецким философом Фридрихом Ницше, который в 1887 рекомендовал его на должность редактора мюнхенского журнала "Кунстварт" ("Художественное обозрение"). По иронии судьбы, когда спустя десять лет Шпиттелер вновь, уже под своим именем, опубликовал "Прометея и Эпиметея", его обвинили в том, что он позаимствовал тему своей поэмы у Ницше, из "Так говорил Заратустра". Поскольку поэма вышла в свет раньше книги Ницше, Шпиттелер вынужден был защищаться от обвинений в плагиате, что и нашло отражение в брошюре "Мои отношения с Ницше" ("Meine Beziehungen zu Nietzsche", 1908).
Широкая известность пришла к Шпиттелеру после выхода в свет эпической поэмы "Олимпийская весна" ("Olympischer Fruhlmg"), ставшей вершиной творчества поэта, которая печаталась частями с 1900 по 1905, а полностью вышла в 1910. Сложнейший конгломерат мифологии, юмора, фантазии, религии и аллегории, написанный ямбическим гекзаметром, эта поэма состояла из пяти книг и растянулась на 600 страниц. "Олимпийская весна" была признана шедевром немецкоязычной литературы после того, как в 1904 знаменитый дирижер Феликс Вейнгартнер опубликовал о ней хвалебную статью.
Шпиттелер продолжает жить в уединении, избегает высказываний по политическим и религиозным вопросам. Тем не менее в 1914 он выступает в поддержку нейтралитета Швейцарии, решительно отвергая идею о том, что немецкоязычную Швейцарию следует рассматривать как "расового союзника" Германии. В результате писатель лишился поддержки тех, кто способствовал росту его популярности, зато удостоился награды французов, вручивших ему в 1916. медаль Общества франкоязычных писателей.
В 1920. в возрасте 75 лет Шпиттелер получает Нобелевскую премию по литературе 1919 «за несравненный эпос "Олимпийская весна"». Член Шведской академии Харальд Йерне назвал мифологию Шпиттелера "уникальной формой выражения, в которой в борьбе свободного волеизъявления с навязанной необходимостью предстают на уровне идеального воображения человеческие страдания, надежды и разочарования". Премия была вручена послу Швейцарии в Швеции, поскольку сам Шпиттелер был болен и на церемонии награждения присутствовать не мог. Он умер четыре года спустя.
Свидетельством высокой творческой репутации писателя стал некролог, написанный Роменом Ролланом, в котором Шпиттелера назван "нашим Гомером, величайшим немецкоязычным поэтом со времен Гете, единственным мастером эпического жанра после смерти Мильтона, фигурой, стоящей в современном искусстве особняком" В последнее время, однако, произведения Шпиттелера вновь начинают забываться.
