Rođen u Kielu 28. lipnja 1912. u poznatoj obitelji pravnika i teologa, Weizsaecker je studirao fiziku i matematiku u Leipzigu, Berlinu i Goettingenu i postao profesor fizike.
U 1937. Wizsaecker je stekao ime kao atomski fizičar kroz tzv. "Weizsaeckerovu formulu" o energetskoj supstanci atomskih ćelija i točki na kojoj se tope.
Tijekom Drugog svjetskog rata radio je na atomskoj bombi kako bi izbjegao da bude unovačen u vojsku, naveo je kasnije, ali je inzistirao kako je bio sretan što njegov tim nije operacionalizirao tehnologiju koju su istraživali.
Godine 1979. odbio je ponudu prvog socijal-demokratskog premijera Savezne Republike Njemačke Willyja Brandta da se kandidira za predsjednika. Njegov brat Richard je vodio državu između 1984. i 1992.
Stručnjak za kvantnu fiziku, Carl Friedrich von Weizsaecker je bio profesor filozofije od 1957. na sveučilištu Hamburga.
Godine 1970. osnovao je Institut Max-Planck u Starnbergu kojim je upravljao do 1980.
U središtu rada tog instituta bila su pitanja opasnosti od atomskog rata, uništenje okoliša i sukob sjever-jug.