Родился 1 января 1714 в небольшой, впоследствии исчезнувшей деревне Лаздинеляй неподалёку от местечка Гумбиннен (ныне Гусев) в семье свободных крестьян (не ходили на барщину, но за право пользования землёй платили денежный оброк). Около 1731 поступил в пятилетнюю латинскую школу в Кёнигсберге при кафедральном соборе. Окончив её в 1736, поступил в Кёнигсбергский университет, где изучал теологию. Посещал семинар литовского языка, которым руководил бывший учитель И. Канта Ф. Шульц. После окончания университета служил кантором (учителем музыки и руководителем церковного хора) в местечке Шталупеннен (ныне Нестеров; 1740—1742), затем ректором (заведующим школой). С 1743 до смерти служил пастором лютеранской церкви в деревне Толькминкен (ныне Чистые Пруды) неподалёку от Шталупеннен. В свободное время сочинял стихи и музыку, занимался изготовлением барометров, музыкальных инструментов, оптических приборов.
Первые литературные опыты Донелайтиса относят к периоду жизни в Сталупенай, когда он предположительно сочинил несколько басен (сохранилось шесть).
В 1765—1775 написал поэму гекзаметром «Времена года», в 2968 строках и в четырёх частях, о четырёх временах года. В ней в достоверных и пластичных картинах изображаются быт, природа и люди литовской деревни. В размышлениях о человеческих пороках и добродетелях Донелайтис сумел затронуть глубокие и вечные метафизические проблемы. Поэма относится к вершинным произведениям литовской литературы, а Донелайтис — к первым литовским писателям, снискавшим всемирную славу.
Поэма «Времена года» (лит. Metai) развивает традиции описательной поэзии XVIII века (например, сентименталистской поэмы «Времена года» Дж. Томсона).
При жизни Донелайтиса поэма напечатана не была. В 1818 году рукопись нашёл, подготовил к печати, дал название «Год» (Das Jahr in vier Ges?ngen; «Времена года») и напечатал в Кёнигсберге деятель литовской культуры Людвикас Реза (1776—1840). Первое полное издание произведений Донелайтиса предприняла Российская Академия наук в Санкт-Петербурге (1865). Это издание подготовил академик, известный лингвист, профессор Йенского университета Август Шлейхер. Другое издание с переводом на немецкий язык подготовил профессор Кёнигсбергского университета Ф. Нессельман (1869). После Второй мировой войны рукопись поэмы вместе с документами кёнигсбергского городского архива была найдена в развалинах Лохстенского замка, неподалеку от Кёнигсберга. Ныне она хранится в библиотеке Института литературы и фольклора (Вильнюс).
Иоганн Вольфганг Гёте сравнивал поэму Донелайтиса с шедеврами античной литературы. Адам Мицкевич в пояснениях к поэме «Гражина» отметил выразительность «Времён года» изображение в поэме подлинной картины литовских народных нравов. Поэмой интересовались польский поэт и историк Ю. И. Крашевский, польский лексикограф С. Линде, славист и санскритолог В. Маевский, чешский поэт, фольклорист и филолог Ф. Челаковский. Историк и писатель Симонас Даукантас сравнивал Донелайтиса с Гомером и Вергилием. Фрагменты из «Времён года» включались в школьные хрестоматии XIX века и переводились на польский и латышский языки. На русский язык поэма переведена Д. Бродским. «Времена года» переведены также на английский (Н. Растянис, 1967), белорусский (А. Зарицкий, 1961), венгерский (Д. Тандори, 1970), грузинский (Г. Абашидзе и Р. Маргиани, 1967), латышский (П. Калва, 1963), чешский (Г. Ехова, 1960), эсперанто и другие языки.
Поэма Донелайтиса внесена в список лучших литературных произведений Европы, который был составлен в 1977 по инициативе ЮНЕСКО.
В посёлке Чистые Пруды с 1979 года действует созданный в музей Донелайтиса (филиал Калининградского областного историко-художественного музея), включающий дом пастора и построенную им кирху, в которой он захоронен.
Именем поэта назван проезд в Северо-Западном округе Москвы. Памяти классика литовской литературы посвящена почтовая марка СССР 1964 года. На марке воспроизведён портрет К. Донелайтиса.