卡尔·恩斯特·冯·拜尔是一位普鲁士裔的爱沙尼亚地主的儿子，他家共有十个孩子，其中三个是男孩。拜尔的童年中有几年是在叔叔婶婶家度过的。7岁时，拜尔回到父母身边，在家里接受教育。1807年到1810年，他就读于一所贵族教会学校。后来又在位于爱沙尼亚东南部的新成立不久的多尔帕特大学（University of Dorpat）学习，师从
生理学家卡尔·布尔达赫（Karl Burdach），并于1814年取得医学学位。他还进修了植物学和物理学的课程。由于对所受的教育不满意，拜尔花了三年的时间去德国和奥地利继续求学。1815年到1816年间，拜尔人生出现转折。那时他正师从于维尔茨堡大学的解剖学教授依格纳茨·德林格（Ignaz Döllinger）。德林格教授建议他研究小鸡的发育。尽管拜尔没有钱买鸡蛋，也没有钱雇人来监控孵化器，他的一位比他经济状况好些的朋友克里斯蒂安·庞德（Christian Pander）接过了这个任务。
拜尔本人参与了初期阶段的研究工作。1817年，庞德用后来被称为原生胚层，即
外胚层、
中胚层和
内胚层的角度描述了小鸡早期发育的各个阶段。
1817年，拜尔接受他前导师布尔达赫（Burdach）的邀请，前往康尼斯堡大学,现俄罗斯的
加里宁格勒（Kaliningrad，Russia）。他一直在那里任教到1834年，在其间的不同阶段先后教授过
动物学、
解剖学和人类学。从1819年开始，拜尔开始尝试把庞德在鸡的胚层形成的先驱性研究扩展到所有的脊柱动物上去。他因此开创了
比较胚胎学领域的先河。他创立了“一切后期器官都是由三个胚层发育而来”的理论，并提出了“相应阶段规律” （law of corresponding stages），这一规律声称，在最早期，不同物种的胚胎非常相似，很难将它们彼此区分开来。这一论断导致拜尔的“渐成说”（epigenesis）理论，这一理论认为，胚胎是由原本未分化的结构分阶段发育而来的。
拜尔取得了很多重要的发现。1827年，拜尔发表了《论哺乳动物卵子和人类的起源》（On the Mammalian Egg and the Origin of Man）一文，，在文中他公布了他最为重要的发现，即哺乳动物的卵子。为了找到哺乳动物的卵子，英国内科医生威廉·哈维（William Harvey）在此之前曾解剖过一头鹿，而他是在子宫中寻找的。拜尔从布尔达赫教授的母狗卵巢囊中找到了卵子，这条母狗是教授给拜尔做实验用的。拜尔清楚地阐明，任何动物都是由卵子而不是由“简单的构建性的液体”(simple formative liquid)发育而来的。他著有一部共有两卷的著作《论动物的发育》（On the Development of Animals）(1828~1837)。这部胚胎学领域的经典之作不仅标志着胚胎学开始成为一门独立的研究科目，同时也概述了未来对比研究的一些目标。
根据他的胚胎研究，拜尔还发现并描述了其他脊椎动物结构的功能，包括
绒毛膜（chorion），这种膜可以帮助形成
胎盘和
脊索——一种支持脊椎动物胚胎结构的棍状脐带血细胞。拜尔指出了脊索中的神经褶，称神经系统就是有这些神经褶发育而来的。
1834年，拜恩移居俄罗斯的
圣彼得斯堡(St. Petersburg)。他成为科学学会的正式会员，并在那里担任了一些管理职位。尽管没有进一步从事胚胎学研究，作为博物学家,他继续为科学做出贡献。他考察了俄罗斯北部人迹罕至的地区，在那儿收集很多标本。那里有一座岛屿就以他的名字命名。拜尔以他量得的各种颅骨标本尺度为基础撰写文章指出，所有的人类颅骨可能都起源于一个简单的类型。这篇文章和
查尔斯·罗伯特·达尔文（Charles Robert Darwin）的《物种的起源》（Origin of Species）于1859年同年出版。1861年，拜尔在德国组织了一次头盖骨研究者（专门研究人类颅骨的科学家）会议。这次会议促使了德国人类学协会成立。拜尔还帮助成立了俄罗斯地理协会(Russian Geographical Society )和俄罗斯昆虫学协会(Russian Entomological Society)。此外，拜尔还解释了促成俄罗斯河堤典型构造的力量。他的《鱼类的发展》（Development of Fishes）（1835）一书引起了俄罗斯渔业科学和经济方面的兴趣。