Son till Emil och Anna Doenitz, Karl Doenitz, föddes i Berlin den 16 september 1891. Efter sin utbildning gick han till havskadett i Kaiserliche marin (imperialistiska marinen) 4 april 1910 och befordrades till midshipman a år senare. Han var en begåvad officer, han avslutade sina examina och fick i uppdrag som fungerande andra löjtnant den 23 september 1913. Tilldelad till light cruiser SMS Breslau, Doenitz såg tjänsten i Medelhavet åren före första världskriget. Skeppets uppdrag berodde på Tysklands önskan att ha en närvaro i regionen efter Balkan-krigerna.
När fientligheterna inleddes i augusti 1914, Breslau och battlecruiser SMS Goeben fick order att attackera allierad sjöfart. Förhindrade att göra det av franska och brittiska krigsfartyg bombade de tyska fartygen, under kommando av bakre admiral Wilhelm Anton Souchon, de franska Algeriska hamnarna i Bône och Philippeville innan de vände sig till Messina för att återkolla. De tyska fartygen gick ut från hamnen och jagades över Medelhavet av allierade styrkor.
När de gick in i Dardanellerna den 10 augusti överfördes båda fartygen till den osmanska marinen, men deras tyska besättningar förblev ombord. Under de kommande två åren tjänade Doenitz ombord som kryssaren, nu känd som Midilli, opererade mot ryssarna i Svarta havet. Han blev befordrad till första löjtnant i mars 1916 och placerades i befäl för ett flygfält på Dardanellerna. Uttråkad i detta uppdrag begärde han en överföring till ubåttjänsten som beviljades i oktober.
Tilldelad som vakthavare ombord U-39, Doenitz lärde sig sin nya handel innan han fick kommando över UC-25 i februari 1918. Den september återvände Doenitz till Medelhavet som befälhavare för UB-68. En månad efter sitt nya kommando led Doenitz's u-boat mekaniska problem och attackerades och sjönk av brittiska krigsfartyg nära Malta. Rymd räddades han och blev fånge under krigsets sista månader. Till Storbritannien hölls Doenitz i ett läger nära Sheffield. Återvandad i juli 1919 återvände han till Tyskland året efter och försökte återuppta sin sjökarriär. Han gick in i Weimarrepublikens marin och blev löjtnant den 21 januari 1921.
Då han flyttade till torpedobåtar, fortsatte Doenitz genom rankorna och befordrades till löjtnantbefälhavare 1928. Gjorde en befälhavare fem år senare placerades Doenitz i befäl för kryssaren Emden. Ett träningsfartyg för flottorkadetter, Emden genomförde årliga världskryssningar. Efter återinförandet av u-båtar till den tyska flottan, promoverades Doenitz till kapten och fick befäl för den 1: a U-båten Flotilla i september 1935 som bestod av U-7, U-8, och U-9. Även om de ursprungligen var oroliga över kapaciteten i brittiska sonarsystem, till exempel ASDIC, blev Doenitz en ledande förespråkare för ubåtkrig.
1937 började Doenitz att motstå det marin tänkande av tiden som var baserad på flottorsteorierna för den amerikanska teoretikern Alfred Thayer Mahan. I stället för att anställa ubåtar till stöd för stridsflottan förespråkade han för att ha använt dem i en rent kommersiell raiding-roll. Som sådan lobbades Doenitz för att konvertera hela den tyska flottan till ubåtar eftersom han trodde att en kampanj för att sjunka handelsfartyg snabbt skulle kunna slå ut Storbritannien från alla framtida krig.
Genom att återinföra gruppjakt, "vargpaket" -taktik under första världskriget samt att kräva natt, ytattacker på konvojer, trodde Doenitz att framsteg inom radio och kryptografi skulle göra dessa metoder mer effektiva än tidigare. Han utbildade obevekligt sina besättningar med att veta att u-båtar skulle vara Tysklands främsta marinvapen i alla framtida konflikter. Hans åsikter förde honom ofta i konflikt med andra tyska sjöfartsledare, till exempel Admiral Erich Raeder, som trodde på utvidgningen av Kriegsmarines ytflotta.
Befriad för commodore och med kommando över alla tyska u-båtar den 28 januari 1939, började Doenitz att förbereda sig för krig när spänningarna med Storbritannien och Frankrike ökade. Med utbrottet av andra världskriget i september hade Doenitz endast 57 u-båtar, varav endast 22 var moderna typ VII. Förhindrade att helt lansera sin raidingkampanj av Raeder och Hitler, som önskade attacker mot Royal Navy, tvingades Doenitz följa. Medan hans ubåtar fick framgångar när han sjönk bäraren HMS Modig och slagskeppen HMS Royal Oak och HMS Barham, samt att skada slagskipet HMS Nelson, förluster uppkom när marinmålen försvarades kraftigare. Dessa minskade ytterligare hans redan lilla flotta.
Uppmuntrad till bakre admiral den 1 oktober fortsatte hans u-båtar attacker mot brittiska marin- och handelsmål. Gjorde en vice admiral i september 1940, och Doenitzs flotta började utvidgas med ankomsten av större antal typ VII. Genom att fokusera sina ansträngningar mot handelstrafik började hans u-båtar att skada den brittiska ekonomin. Genom att koordinera u-båtar via radio med kodade meddelanden sjönk Doenitzs besättningar ökande mängder allierad tonnage. Med USA: s inträde i kriget i december 1941 påbörjade han Operation Drumbeat som riktade sig mot allierad sjöfart utanför östkusten.
Från och med bara nio u-båtar, fick operationen flera framgångar och avslöjade US Navy: s förberedelse för anti-ubåtkrig. Genom 1942, när fler u-båtar anslöt sig till flottan, kunde Doenitz fullständigt implementera sin vargpack-taktik genom att rikta grupper av ubåtar mot allierade konvojer. Attackerna orsakade en allvarlig kris för allierade. När brittisk och amerikansk teknik förbättrades 1943 började de ha mer framgång i att bekämpa Doenitz u-båtar. Som ett resultat fortsatte han att pressa efter ny ubåtteknologi och mer avancerade u-båtkonstruktioner.
Främjad till stor admiral den 30 januari 1943, ersatte Doenitz Raeder som befälhavare för Kriegsmarine. Med återstående begränsade ytenheter förlitade han sig på dem som en "flotta i vara" för att distrahera de allierade medan han fokuserade på ubåtkrig. Under sin tjänstgöring producerade tyska designers några av krigens mest avancerade ubåtsdesigner inklusive typ XXI. Trots ansträngningar av framgång, när kriget fortsatte, drevs Doenitz u-båtar långsamt från Atlanten när de allierade utnyttjade ekolod och annan teknik, liksom Ultra-radioavlyssningar, för att jaga och sjunka dem.
När sovjeterna närmade sig Berlin begick självmord den 30 april 1945. I sin testamente beordrade han att Doenitz skulle ersätta honom som Tysklands ledare med titeln som president. Ett överraskande val, man tror att Doenitz valdes ut eftersom Hitler trodde att den enda marinen hade förblivit lojal mot honom. Även om Joseph Goebbels utsågs till hans kansler, begick han självmord nästa dag. Den 1 maj valde Doenitz greve Ludwig Schwerin von Krosigk till kansler och försökte bilda en regering. Med huvudkontor i Flensburg, nära den danska gränsen, arbetade Doenitz regering för att garantera arméns lojalitet och uppmuntrade tyska trupper att överge sig till amerikanerna och briterna snarare än sovjeterna.
Genom att bemyndiga tyska styrkor i nordvästra Europa att överlämna sig den 4 maj instruerade Doenitz överste general Alfred Jodl att underteckna instrumentet för ovillkorlig överlämnande den 7 maj. Inte erkänd av de allierade, hans regering upphörde att regera efter överlämnandet och fångades i Flensburg den maj 23. Arresterad sågs Doenitz vara en stark anhängare av nazismen och Hitler. Som ett resultat åtalades han som en viktig krigsförbrytare och rättsförsökades i Nürnberg.
Där anklagades Doenitz för krigsförbrytelser och brott mot mänskligheten, främst avseende användning av obegränsad ubåtkrig och utfärda order om att ignorera överlevande i vattnet. Han hittades skyldig på anklagelser om att ha planerat och genomfört ett krig av aggression och brott mot krigslagarna, och han skonades dödsdomen då den amerikanska admiralen Chester W. Nimitz tillhandahöll en utfästelse till stöd för obegränsad ubåtkrig (som hade använts mot japanerna i Stilla havet) och på grund av den brittiska användningen av en liknande politik i Skagerrak.
Som ett resultat dömdes Doenitz till tio års fängelse. Fängslade i Spandau-fängelset släpptes han den 1 oktober 1956. Han åkte till Aumühle i norra Västtyskland och fokuserade på att skriva sina memoarer i Tio år och tjugo dagar. Han förblev i pension fram till sin död den 24 december 1980.