Karl von Holtei entstammte einer evangelischen Offiziersfamilie von kurländischem Adel. Seine Eltern waren der Husarenoffizier Karl von Holtei und Wilhelmine, geb. von Kessel. Da die Mutter kurz nach seiner Geburt starb, wurde er von seiner Tante, der Freifrau von Arnold versorgt. Er besuchte zuerst das Friedrichs-, dann das Maria-Magdalenen-Gymnasium in Breslau und nahm 1815 als Freiwilliger am Feldzug gegen Napoleon teil. Nach der Rückkehr holte er das Abitur nach und begann anschließend ein Studium der Rechte an der Universität Breslau. Bereits in seiner Jugend war Holtei als Schauspieler, Dramaturg, Regisseur und Bühnendichter tätig.
Zusammen mit Karl Seydelmann begann er 1816 seine Schauspielerlaufbahn am Schlosstheater des Grafen Johann Hieronymus von Herberstein in Grafenort in der Grafschaft Glatz. Dort lernte er die Sängerin Louise Rogée kennen, die 1821 seine Frau wurde und nach nur vier Ehejahren verstarb. Der Witwer hatte nun eine Tochter und einen Sohn zu versorgen. Der Sohn verstarb 16-jährig in Grafenort, die Tochter heiratete in jungen Jahren den Advokaten Dr. Josef Potpeschnigg und verzog nach Graz in der Steiermark.
In Grafenort war Holtei in 12 Spielsaisons Leiter des Schlosstheaters. Dort schrieb er auch seine ersten Gedichte in schlesischer Mundart und machte Bekanntschaft mit dem originellen Kaplan Georg Seipel, dem er als „Pater Jörgel“ in dem Roman „Christian Lammfell“ ein literarisches Denkmal setzte. 1826–1827 begleitete er den Grafen Herberstein nach Paris. Seine Bühnenwerke 33 Minuten in Grünberg, Die Majoratsherren und Der Russe in Deutschland wurden in Grafenort uraufgeführt. Aus unbekannten Gründen verließ Holtei 1843 Grafenort, das er als seine zweite Heimat bezeichnete.
1824 war Holtei Direktions-Sekretär und Dramaturg am Königsstädtischen Theater am Alexanderplatz in Berlin, wo viele seiner Stücke aufgeführt wurden. In Berlin heiratete er 1830 die Schauspielerin und Sängerin Julie Holzbecher, mit der er mehrere Gastspielreisen unternahm. Vom 30. Mai bis 4. Oktober 1835 leitete er, vom Wiener Theater in der Josefstadt kommend, das Theater in Baden bei Wien[2]. Von 1837 bis 1841 war er Direktor des damals deutschsprachigen Theaters in Riga, für das er Richard Wagner als Kapellmeister engagierte. Als dort 1839 seine zweite Frau verstarb, reiste er ab und kehrte nicht zurück. 1842 übernahm er die künstlerische Leitung des Breslauer Stadttheaters, die er jedoch wegen Unstimmigkeiten mit der Intendanz bald aufgab. Auf Einladung des Fürsten Hatzfeld verbrachte er einige Zeit auf dessen Schloss Trachenberg. Gastspiel- und Vorlesungsreisen führten ihn nach Wien, Prag, Dresden, Hamburg und Weimar.
1849 zog er zu seiner Tochter nach Graz, widmete sich der Herausgabe seiner Theaterstücke und versuchte sich auch als Romanautor. Seine Erzählung Ein Mord in Riga war einer der ersten deutschen Kriminalromane. 1860–1861 unternahm er eine Vorlesungsreise durch Schlesien und wurde von seinen Landsleuten begeistert gefeiert. Die Heimatgedichte Derheeme und Heem will ihch stammen aus dieser Zeit. 1863 übersiedelte er zurück in seine Heimatstadt Breslau, wohnte in einer Mansardenwohnung und dichtete wieder Mundartgedichte. Sein achtzigster Geburtstag wurde festlich begangen. Schon vorher fand er Aufnahme und Pflege im Kloster der Barmherzigen Brüder, wo er auch verstarb.
Im Jahr 1936 wurde in Wien Floridsdorf (21. Bezirk) die Holteigasse nach ihm benannt.
