Karl Kielmayer est un naturaliste allemand.
Après des études à l'académie militaire Caroline de Stuttgart, il poursuit sa formation à l'Université de Göttingen à partir de 1786 avant de revenir à Stuttgart en 1788 pour diriger le musée d'histoire naturelle de la ville. Il est nommé professeur d'histoire naturelle en 1790 et de chimie en 1792 à l'académie militaire de Stuttgart. Il est titularisé en 1796 à la chaire de chimie et de botanique de l'Université de Tübingen, dont il crée le jardin botanique en 1804. Il y enseigne également l'histoire et la philosophie naturelle. En 1816, il retourne à Stuttgart pour devenir directeur scientifique de la bibliothèque particulière du roi Frédéric 1er de Wurtemberg.
Grand représentant de la philosophie de la nature, il est à l'origine de la théorie de la récapitulation (commentée et reprise plus tard par le courant darwiniste).
Il est élu correspondant étranger de l’Académie de médecine le 24 février 1835.