Georges Méliès'in gerçek varisi ve beyazperdenin büyücüsü olarak anılan Karel Zeman, Kuzey Bohemya'daki Nová Paka yakınlarındaki Ostroměř'de doğdu. Filmde özel efektlerin parlak öncüsü olan kendisi, hâlâ sinema dünyasında evrensel olarak tanınan birkaç Çek yönetmenden biridir.

Çocukluğundan beri kuklalara bayılırdı ve kukla tiyatrosunda onlarla birlikte oynardı. Sanatsal yeteneğine rağmen ailesi Kolín'de lisede işletme okuması konusunda ısrar etti. 17 yaşında bir gazetedeki ilana yanıt vererek Fransa'nın güneyindeki Aix-en-Provence'a gitti ve burada reklam tasarımı eğitimi aldı. Fransa'dayken sık sık sinemaya gitti ve özellikle animasyon filmleriyle ilgilenmeye başladı. Bu bilgiyi ilk animasyon denemesinde (sabun reklamı) iyi bir şekilde kullanacaktı.

Gençliğinde Fas, Mısır, Yugoslavya ve Yunanistan'da yürüyüş yaparak çok seyahat etti.

Askerlik hizmetinden sonra reklamcılık işine geri döndü ve 1939'da Bata ayakkabı şirketinin temsilcisi olarak Fas'ın Kazablanka kentine uzun bir gezi yapmak üzereydi, ancak o zamanki Koruma makamlarından gerekli belgeleri alamadı. Zamanla ve sonunda olduğu yerde kalmak zorunda kaldı.

Daha sonra Brno'daki bir büyük mağazanın reklam bölümünün başkanı olarak çalışmaya başladı. 1943'te film yönetmeni Elmar Klos, Zeman'ın yakın zamanda kazandığı vitrin düzenleme yarışması hakkında bir rapor hazırlaması için gönderildi. Klos, Zeman'ın çalışmalarından o kadar etkilendi ki ona hemen Zlín'in Kudlov banliyösündeki Bata Film Stüdyolarında iş teklif etti. Böylece daha sonraki dünyaca ünlü film yönetmeni ve yapım tasarımcısının profesyonel kariyeri başladı.

Zeman, teknik açıdan yeterli donanıma sahip olmayan Kudlov Stüdyolarında sık sık zorlu koşullarla mücadele etmek zorunda kalıyordu. Birlikte çalışmaya başladığı işçilerin çoğunun özel bir çekim deneyimi yoktu. Onlar da Zeman gibi işte her şeyi öğrenmek zorundaydılar. Yavaş yavaş koordineli bir yaratıcı ekip ortaya çıktı.

1955'te gösterime giren Zamanın Başlangıcına Yolculuk, Zeman'ın canlı aksiyon, animasyon ve kuklayı birleştiren ilk filmi oldu. Dört yıl sonra Jules Verne'in Muhteşem Dünyası onun dünya çapında başarıya ulaştığını gördü. Film anında 72 ülkeye satıldı ve tüm zamanların en başarılı Çek filmi oldu.

Zeman, son derece başarılı özel efekt kullanımını Muhteşem Baron Munchausen'de ve ardından gelen iki Jules Verne uyarlamasında geliştirmeye devam etti. 1970'lerde, kısmen çocuklara olan sevgisi ve onlara özel filmler yapma arzusunun etkisiyle, kısmen de canlı aksiyon filmleri çekmenin zorluğu nedeniyle Zeman, tamamen animasyon filmler yapmaya geri döndü.

Zeman'ın yakın arkadaşları arasında besteci Zdeněk Liška, animatör Arnošt Kupčík, yapım müdürü Karel Hutěčka ve “Denizci Sinbad'ın Maceraları”ndan itibaren filmlerinin ortak yaratıcısı olan kızı Ludmila vardı.

70'li yılların sonunda görme yetisini kaybetme tehlikesiyle karşı karşıya kalan Zeman, hastalığı yenerek çalışmaya devam etti. Hayatının son dönemlerinde kalp sorunları yaşadı.

Karel Zeman, 5 Nisan 1989'da Zlín'de öldü.