Родился в семье прибалтийских немцев в имении Пип (нем. Piep; по-эстонски Пийбе (эст. Piibe)) на территории прихода Мариен-Магдаленен (нем. St. Marien-Magdalenen; в эстонском варианте — приход Коэру (эст. Koeru kihelkond)) Вейсенштейнского уезда Эстляндской губернии (ныне на территории волости Ракке Ляэне-Вирумааского уезда Эстонии).
Отец Бэра, Магнус фон Бэр, принадлежал к эстляндскому дворянству и был женат на своей двоюродной сестре Юлии фон Бэр. С Карлом занимались домашние учителя. Он обучался математике, географии, латинскому и французскому языкам и прочим предметам. Одиннадцатилетний Карл уже ознакомился с алгеброй, геометрией и тригонометрией.
В августе 1807 года мальчика отвезли в дворянскую школу при городском соборе в Ревеле (ныне Таллин). В первой половине 1810 года Карл окончил курс школы. Он поступает в Дерптский университет. В Дерпте (ныне Тарту) Бэр решил избрать медицинскую карьеру.
В 1814 году Бэр выдержал экзамен на степень доктора медицины. Им была представлена и защищена диссертация «Об эндемических болезнях в Эстляндии» (Dissertatio inaugurales medica de morbis inter esthonos endemicis. Auctor Carolus Ernestus Baer. Dorpat, litteris Schummanni. 1814. 88 c.). Бэр отправился за границу, избрав для продолжения своего медицинского образования Вену. Профессор Бурдах предложил Бэру поступить к нему прозектором на кафедру физиологии в Кёнигсбергском университете. В качестве прозектора Бэр открыл курс сравнительной анатомии беспозвоночных животных, носивший прикладной характер, так как он состоял преимущественно из показа и объяснения анатомических препаратов и рисунков.
В 1826 году Бэр был назначен ординарным профессором анатомии и директором анатомического института с освобождением от лежавших до сих пор на нём обязанностей прозектора.
В 1828 году появился в печати первый том знаменитой «Истории развития животных». Бэр, изучая эмбриологию цыплёнка, наблюдал ту раннюю стадию развития, когда на зародышевой пластинке образуются два параллельных валика, впоследствии смыкающиеся и образующие мозговую трубку. Бэр считал, что в процессе развития каждое новое образование возникает из более простой предсуществующей основы. Таким образом, в зародыше появляются сначала общие основы, и из них обособляются всё более и более специальные части. Этот процесс постепенного движения от общего к специальному известен под именем дифференциации. В 1826 году Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих. Это открытие было им обнародовано в форме послания на имя Санкт-Петербургской академии наук, которая избрала его своим членом-корреспондентом.
Другая очень важная находка, сделанная Бэром, — это открытие спинной струны (хорды), основы внутреннего скелета позвоночных.
В конце 1834 года Бэр жил уже в Петербурге. Из столицы учёный летом 1837 года совершил путешествие на Новую Землю, где до него не бывал ни один натуралист.
В 1839 году Бэр совершил поездку для исследования островов Финского залива, а в 1840 году посетил Кольский полуостров. Бэр с 1840 года начал издавать, вместе с Гельмерсеном, особый журнал при академии, под названием «Материалы к познанию Российской империи».
С 1841 года учёный был назначен ординарным профессором сравнительной анатомии и физиологии в Медико-хирургической академии.
В 1851 году Бэр представил Академии наук большую статью «О человеке», предназначенную для «Русской фауны» Семашко и переведённую на русский язык.
С 1851 года начинается ряд путешествий Бэра по России, предпринятых с практическими целями и вовлёкших Бэра, кроме географических и этнографических исследований, в область прикладной зоологии. Он провёл экспедиции на Чудское озеро и берега Балтийского моря, на Волгу и Каспийское море. Его «Каспийские исследования» в восьми частях весьма богаты научными результатами. В этом сочинении Бэра более всего интересна восьмая часть — «О всеобщем законе образования речных русел» (см. Закон Бэра). Весною 1857 года учёный вернулся в Петербург. Теперь Бэр отдался преимущественно антропологии. Он привёл в порядок и обогатил коллекцию человеческих черепов в анатомическом музее Академии, постепенно превращая его в антропологический музей.
В 1862 году он вышел в отставку, при этом был избран почётным членом Академии.
18 августа 1864 года в Санкт-Петербургской академии наук состоялось торжественное празднование его юбилея. После юбилея Бэр посчитал свою петербургскую карьеру окончательно завершённой и принял решение перебраться в Дерпт. В начале лета 1867 года он переселился в родной университетский город.
16 ноября (28 ноября) 1876 года Бэр скончался тихо, как будто заснул навсегда.
Карл Бэр в своих трудах по эмбриологии сформулировал закономерности, которые позднее были названы «Законами Бэра»:
В ноябре 1886 года в Тарту был установлен памятник Бэру работы скульптора А. М. Опекушина. Памятники Бэру (варианты памятника Опекушина) установлены также у входа в Зоологический музей Зоологического института РАН и в Библиотеке Академии наук (БАН) в Санкт-Петербурге.
Карл фон Бэр изображён на банкноте достоинством в две эстонские кроны.
В честь Бэра назван остров Бэра в Таймырской губе Карского моря и нырок (Aythya baeri) из семейства утиных.
Статья 1: Берега Белого моря и Лапландии. - 18 с. Статья 2: Геогностическое строение Новой Земли. – 11 с.