Карл-Генрих Ульрихс родился в Ганновере, городе на северо-западе Германии. В зрелые годы Ульрихс вспоминал, что, будучи ребёнком, он тайно надевал одежду для девочек, предпочитал играть с девочками и хотел быть девочкой.
Карл-Генрих Ульрихс получил степень бакалавра права и теологии в Университете Гёттингена в 1846 году. С 1846 по 1848 год он изучал историю в Университете Берлина и писал магистерскую диссертацию на латинском языке по Вестфальскому миру. В 1849—1857 гг. работал юридическим советником районного суда в Хилдесгайме. Был уволен в связи с гомосексуальностью. После присоединения Ганновера к Пруссии в 1866 г. Ульрихс был заключен в тюрьму за антипрусскую деятельность.
В серии книг «Исследование загадки любви между мужчинами», написанных в 1860—1870-х годах, Карл Генрих Ульрихс предложил термин «уранизм» для обозначания гомосексуальности.
Ульрих разработал классификацию человеческих типов. Он полагал, что гомосексуалы не являются ни мужчинами, ни женщинами, а представляют собой третий пол. Таких людей он именовал «уранами» или «урнингами» (причем считал, что любовь уранов более возвышена, чем любовь между мужчиной и женщиной).
Ульрих полагал, что уранизм является врождённым свойством человека, и утверждал, что гомосексуалы вследствие этого не должны привлекаться к уголовной ответственности. 29 августа 1867 года, выступая на Конгрессе немецких юристов в Мюнхене, Ульрих заявил, что антигомосексуальное законодательство должно быть упразднено. Такое предложение в то время не встретило понимания юристов.
За создание «Союза уранистов» Ульрих был заключён в тюрьму на два года.
Теоретические построения Ульриха отличались от взглядов других современных ему учёных тем, что он считал гомосексуальность разновидностью нормы, а не патологией. Он первый описал гомосексуальную личность и ввёл термин «сексуальная ориентация», предполагая, что она является естественной и неизменной.