Lutz az osztrák határhoz közeli Walzenhausenben született, ahol apja egy kőfejtő tulajdonosa volt. A vallásos, metodista nevelést kapott fiatalember 18 évesen kivándorolt az Egyesült Államokba, ahol húsz évig élt. A tanulás mellett dolgozott is, hogy eltartsa magát, 1920-ban Svájc washingtoni képviseletén lett levelező munkatárs, négy évvel később diplomázott a George Washington Egyetemen. 1926-tól nyolc éven keresztül Philadelphiában és St. Louis városában volt svájci konzul, 1935-ben helyezték Palesztinába alkonzulként. Neveltetése folytán a zsidókat eleinte nem szívelte, ám az arabok rendezte pogromok felébresztették benne az együttérzést. Munkája a II. világháború kitörése után vált mozgalmasabbá: ő szervezte meg a német diplomaták kijuttatását az immár ellenséges brit mandátumterületről, e munkája révén később Budapesten is élvezte a németek rokonszenvét.

Lutzot 1942 január 2-án helyezték Budapestre, amikor már Svájc látta el a Magyarországgal hadban álló 14 ország, köztük Nagy-Britannia képviseletét. Lutz a Zsidó Ügynökséggel és a magyar cionistákkal együttműködve, a palesztinai brit hatóságok által korlátozott számban kibocsátott beutazási engedélyekkel mintegy tízezer zsidó gyermeket juttatott ki Románián, Bulgárián és Törökországon át Palesztinába. A Palesztina Hivatalt Magyarország német megszállása után bezáratták, vezetőjét, Krausz Miklóst munkaszolgálatra hurcolták.

Lutz ezután a betiltott Palesztina Hivatal védleveleit használta fel, miután Veesenmayer német nagykövet is hozzájárult 7-8000 zsidó kiengedéséhez. A megállapodást szándékosan félreértelmezve nyolcezer családnak állított ki védleveleket és védútleveleket (Schutzbriefe, Schutzpasse), amelyek azt igazolták, hogy birtokosuk rajta van a listán. A kollektív útlevelek kiadásához nagyobb hivatal kellett, így a cionista fiatalok megszerezték Weiss Artúr üvegkereskedő Üvegház nevű raktár- és bemutatótermét a Vadász utcában, ez lett a svájci nagykövetség idegen érdekek képviseletének kivándorlási osztálya. Itt működött az illegális cionista mozgalom is, amely segített összeállítani a listákat és kiadni a kollektív útleveleket.

A svájci kivándorlási osztály a budapesti zsidók menedékháza is lett, először nyolcszázan költöztek be, decemberben már kétezer ember zsúfolódott össze ott pincében, padláson. Tízezerszámra állították ki a védleveleket, amelyeket hamisították is. "Védett házakat" hozott létre, ezekből alakult ki a nemzetközi gettó, ahol összeköltöztették a családokat és hatalmas volt a zsúfoltság, de sok életet mentettek meg.

Lutz Svédország, Portugália, Spanyolország és a Vatikán diplomatáival együttműködve hónapokon át szorgalmazta, hogy közösen lépjenek fel a magyar kormánynál és a nácik magyarországi képviselőinél az ártatlan emberek elhurcolása ellen. Diplomáciai képességeit latba vetve, sok esetben személyes bátorságáról is tanúságot téve igyekezett a halálmenetek indítását megakadályozni, emiatt Veesenmayer állítólag azt is fontolgatta, hogy eltéteti láb alól. A szovjet hatóságok 1945 tavaszán két svájci diplomatát elhurcoltak, Lutzot pedig kiutasították.

Svájcban azonban nem hősként fogadták, tevékenységét eltitkolták, úgymond hiányos költségigazolásaiért és hatáskörének túllépéséért (azaz a kollektív útlevelek kiadásáért) megrovásban részesítették. Az idegösszeomlást szenvedett Lutz odahaza csak 1958-ban kapta meg a neki kijáró elismerést. Izrael nem feledkezett meg róla: Haifában utcát neveztek el róla, a Jad Vasem 1964-ben első svájciként adományozta neki a zsidók életét mentőknek járó világ igaza kitüntetést.

Nyolcvanévesen, 1975. február 12-én - egyes források szerint 13-án - hunyt el Bernben. Végrendelete tükrözi az évekig tartó mellőzés okozta szenvedését: "Ha már egész életemben hallgatnom kellett (hivatalos esküm miatt), legalább halálom után kerüljön nyilvánosságra mindaz a jó és rossz, amit átéltem, hogy következtetéseket vonjanak le belőle hazámban a következő nemzedékek számára. Hiszek abban, hogy végül békés és humanitárius törekvések kerekednek felül, mind gazdasági, mind pedig politikai és kulturális téren."

Életéről film is készült, 1991-ben az egykori budapesti gettó bejáratánál emlékművet emeltek a tiszteletére, az újpesti alsó rakpart egy szakasza az ő nevét viseli, a Vadász utca 29. szám alatti Üvegházban a Carl Lutz alapítvány emlékszobát nyitott.