Karl Gordon Henize est né le 17 octobre 1926 à Cincinnati, dans l'État de l'Ohio aux États-Unis. Il grandit dans une ferme avant de développer très jeune une passion passionnée pour l'astronomie et l'exploration spatiale. Il effectue ses études supérieures à l'université de Virginie où il obtient un diplôme en mathématiques et en astronomie en 1947, avant de poursuivre un doctorat en astronomie à l'université du Michigan qu'il décroche en 1954.

Pendant ses études et au début de sa carrière, il mène d'importantes recherches astronomiques. Il passe notamment plusieurs années en Afrique du Sud à l'observatoire Lamont-Hussey pour réaliser une cartographie du ciel austral et repérer des étoiles à émission de l'hémisphère sud. Ses travaux rigoureux en spectroscopie et sa cartographie stellaire lui valent une reconnaissance rapide au sein de la communauté scientifique internationale.

En 1959, il devient professeur au département d'astronomie de l'université Northwestern dans l'Illinois. Il y dirige des programmes d'observation et commence à travailler en étroite collaboration avec l'agence spatiale américaine pour concevoir des expériences scientifiques embarquées à bord de fusées-sondes et de missions spatiales automatisées.

En août 1967, la NASA le sélectionne officiellement au sein du cinquième groupe d'astronautes, composé principalement de scientifiques. Karl Gordon Henize intègre le programme spatial à l'âge de quarante ans, apportant son expertise unique d'astronome de terrain aux préparatifs des futures missions en orbite terrestre.

Durant les années 1970 et le début des années 1980, il participe au développement des outils d'observation astronomique de la station spatiale Skylab puis du programme de la navette spatiale. Il attend patiemment son tour pour effectuer un vol orbital tout en continuant d'enseigner, de former d'autres équipages et de publier des articles académiques de premier ordre.

Il réalise son unique vol spatial en juillet 1985 à bord de la navette spatiale Challenger lors de la mission STS-51-F, également appelée Spacelab 2. Âgé de cinquante-huit ans au moment du lancement, il devient alors l'un des astronautes les plus âgés à voyager dans l'espace. Au cours de cette mission de près de huit jours, il supervise de nombreuses expériences d'astrophysique et d'observation du Soleil depuis l'orbite terrestre.

Après sa retraite de la NASA au début des années 1990, il reste très actif et continue d'étudier la détection des débris spatiaux pour le compte du Johnson Space Center. Passionné d'alpinisme depuis toujours, il profite de son temps libre pour participer à des expéditions de haute montagne à travers le monde.

Karl Gordon Henize meurt le 5 octobre 1993 sur les pentes du mont Everest, au Tibet, à l'âge de soixante-six ans. Il succombe à un œdème pulmonaire aigu de haute altitude lors d'une expédition visant à tester du matériel de mesure sur le versant nord de la montagne.

Selon ses volontés et en raison des conditions extrêmes sur place, son corps n'a pas été rapatrié. Karl Gordon Henize est inhumé directement sur les pentes du mont Everest, dans les neiges de la face nord de la montagne, à plus de six thousand mètres d'altitude.