Карл Уолз родился 6 сентября 1955 года, в США, в Кливленде, штат Огайо. Окончил среднюю школу им. Ч. Ф. Браша, в Линдхерсте, штат Огайо, в 1973 году. Получил степень бакалавра наук в физике от Кентского университета в 1977 году, и магистра наук в области физики твердого тела от Университета Джона Кэррола, штат Огайо, в 1979 году. Участвовал в таких организациях как: Американский легион, ассоциация выпускников Кентского государственного университета, ассоциация выпускников университета имени Джона Кэрролла, а также в ассоциации исследователей космоса. Женат на Памеле Дж. Глади из Линдхерста, штат Огайо. У них двое детей. Уолз играет на фортепиано и увлекается вокальной музыкой, был вокалистом рок-н-ролл группы «Max Q» в составе космонавтов.
Окончил с отличием Кентский государственный университет. Награжден медалью «Superior Service Medal» ВВС США с одним дубовым листом за достижения в обороне, похвальной медалью ВВС США, и медалью ВВС США за выдающиеся достижения, с одним дубовым листом. Почетный выпускник школы экспериментальных испытаний ВВС США, класса 83A. Введен в зал славы Огайо. Награжден тремя медалями за космические полеты НАСА, медалью за службу НАСА.
С 1979 по 1982 год, Уолз был ответственным за анализ радиоактивных проб по атомной энергии системой обнаружения в 1155-й технической эксплуатационной эскадрильи, «McClellan Air Force Base», Калифорния. С последующего года работал как инженер-испытатель полетов в ВВС США, летчик-испытатель в школы «Edwards Air Force Base», Калифорния. С января 1984 по июнь 1987 года, Уолз служил инженером летных испытаний. С июля 1987 по июнь 1990 года, он служил на летных испытаниях менеджером-ответственным по третьему отряду летно-испытательного центра ВВС.
Отобран НАСА в январе 1990 года. Уолз — ветеран четырех космических полетов, провёл 231 день в космосе. Он был специалистом по миссии STS-51 в 1993-м году, в 1994-м бортинженером орбитального аппарата (MS-2) на STS-65, специалистом по миссии STS-79 в 1996-м, и служил в качестве бортинженера в 4-й экспедиции МКС в 2001—2002 годах.
STS-51 Дискавери (сентябрь 12-22, 1993). В ходе миссии в составе пяти членов экипажа был развернут американский продвинутый спутник коммуникационных технологий (ACTS) и спутник поддона шаттла НАСА (SPAS), а также немецкие научные эксперименты. Уолз также принял участие в 7-часовом выходе в открытый космос для оценки инструментов для космического телескопа «Хаббл». Миссия была выполнена за 9 дней, 22 часа и 12 минут.
STS-65 Колумбия (июль 8-23, 1994). STS-65 вылетел с модулем второй международной микрогравитационной лаборатории (IML-2 «Spacelab»), и осуществлялся экипажем из семи человек. Во время 15-суточного полета экипажем было проведено более 80 экспериментов фокусировки на материалах и научные исследования жизни в условиях микрогравитации. Миссия завершена после 236-и оборотов по орбите вокруг Земли, пропутешествовав 6100 тысяч км, и установив новый рекорд продолжительности полета для программы «Шаттл».
STS-79 Атлантис (сентябрь 16-26, 1996). На STS-79 в составе шести членов экипажа на борту Атлантиса была проведена операция по состыковке с русской станцией «Мир», шаттл доставил продовольствие, воду, оборудование для научных экспериментов США и России, а также обменялись членами экипажа. В ходе миссии «Атлантис-Мир» был установлен рекорд по состыковке наиболее тяжёлой массы обоих комплексов в пространстве. STS-79 приземлился в KSC через 10 дней 3 часа и 13 минут.