Родился Карл Ландштейнер 14 июня 1868 году в Вене, в семье газетного издателя и журналиста Леопольда Ландштейнера и Фанни Ландштейнер (Гесс). Когда Карлу было шесть лет, его отец умер, и мальчика воспитывала мать.
В 1885 году по окончании гимназии Ландштейнер поступил в медицинскую школу Венского университета, а в 1891 году получил степень доктора медицины. Тогда же он заинтересовался химией, которую изучал еще в течение пяти лет – в Вюрцбурге, Мюнхене и Цюрихе. В 1896 горду он вернулся в Вену и поступил на работу на кафедру гигиены Венского университета, где заинтересовался иммунологией.
В то время когда Ландштейнер делал первые шаги в иммунологии, она еще только становилась научной дисциплиной. В 1890 году Эмиль фон Беринг обнаружил, что иммунитет к заболеваниям, который возникает после вакцинации или перенесенной болезни, обусловлен тем, что в организме начинают вырабатываться антитела, взаимодействующие с проникающими в него болезнетворными микроорганизмами или их токсинами и тем самым обезвреживающие их. Шесть лет спустя Жюль Борде показал, что переливание животному одного вида крови животного другого вида обычно приводит к агглютинации («склеиванию») и разрушению эритроцитов. Борде понял, что такие эффекты вызываются антителами, вырабатываемыми у животного-реципиента и атакующими белки или антигены крови животного-донора.
В первых исследованиях по изучению действия антител, проведенных в 1896 году, Ландштейнер установил, что лабораторные культуры бактерий могут быть агглютинированы путем добавления иммунной сыворотки крови. Поскольку Ландштейнер хотел полностью сосредоточиться на изучении иммунитета, он в 1898 годжу перешел на кафедру патологической анатомии Венского университета. Здесь он начал работать под руководством Антона Вейхсельбаума, ученого, обнаружившего возбудителей менингита и пневмонии.
В 1900 году доктор Карл Ландштейнер, наблюдая своих пациентов в больнице, которым переливали одну и ту же кровь в лечебных целях, заметил, что не вся кровь одинакова, так как не все больные выздоравливали, а некоторые даже умирали.
В то время врачи не знали, почему люди умирали и с чем были связаны осложнения, спровоцированные переливанием крови. Ландштейнер поставил точку в этом вопросе в 1900 годах, когда открыл группы крови человека. Группы – это типы крови, которые различаются по иммунологическим признакам. В ходе экспериментальных исследований он понял причину и сделал большое открытие.
Карл Ландштейнер, тогда ассистент Венского института патологии, взял кровь у себя и пяти своих сотрудников, отделил сыворотку от эритроцитов с помощью центрифуги и смешал отдельные образцы эритроцитов с сывороткой крови разных лиц и с собственной. В совместной работе с Л. Янским по наличию или отсутствию агглютинации Ландштейнер разделил все образцы крови на три группы: А, В и 0. Два года спустя ученики Ландштейнера, А. Штурли и А. Декастелло, открыли четвертую группу крови – АВ. Обратив внимание на то, что собственная сыворотка крови не дает агглютинации со «своими» эритроцитами, ученый сделал вывод, известный сегодня как непреложное правило Ландштейнера: «В организме человека антиген группы крови (агглютиноген) и антитела к нему (агглютинины) никогда не сосуществуют». За свои открытия Ландштейнер получил в 1930 году Нобелевскую премию.