Nato in una famiglia di artisti a San Pietroburgo, il 12 dicembre del 1799, in quanto il padre e due dei suoi fratelli erano pittori (un altro fratello, Aleksandr fu invece un celebre architetto e ritrattista), Karl Brjullovè stato un grande pittore russo.
Artisticamente dotato, frequentò da giovane l’Accademia delle belle arti a San Pietroburgo, ove conseguì brillanti risultati, ottenendo persino un attestato ed una medaglia d’oro per la realizzazione del dipinto L’apparizione di Dio ad Abramo alla quercia di Mambre.
Conseguì inoltre, assieme al fratello, una borsa di studio da utilizzare per perfezionarsi dal punto di vista artistico, e grazie alla quale riuscì ad approfondire le proprie esperienze pittoricheall’estero: dapprima in Germania dove rimase bloccato per diversi mesi a causa di una malattia, e poi in Italia, che raggiunse nel 1823.
Si stabilì quindi per qualche anno a Roma, dove strinse amicizia, tra gli altri, col pittore Cherubino Cornienti, che ne influenzerà fortemente lo stile, e dove realizzerà i primi lavori, tra i quali figura un’apprezzatissima copia a grandezza naturale de La scuola di Atene di Raffaello.
Fu però in Campania, pochi anni più tardi, che iniziò a realizzare il suo più famoso capolavoro, Gli ultimi giorni di Pompei, proprio dopo aver visitato gli scavi di Pompei ed Ercolano. Portato a termine uno dei suoi dipinti tra i più importanti a Roma nel 1833, che ottenne notevole successo internazionale (tanto da essere esposto al Museo del Louvre, a Parigi, e presso l’Accademia di Brera a Milano), a partire dal 1835 intraprese, in compagnia di altri colleghi pittori, nuovi viaggi in giro per l’Europa, tra Grecia e Turchia, ove eseguì diversi dipinti dei paesaggi locali.
Tornato in Russia nel 1836, ottenne una cattedra presso l’Accademia delle belle arti a San Pietroburgo, da lui stesso frequentata in giovane età, ove proseguì la sua carriera di pittore, realizzando ulteriori opere tra le quali figura un famoso autoritratto, conservato presso la GalleriaTret’jakov di Mosca.
A partire dal 1849 intraprese nuovi viaggi in Europa, visitando Polonia, Prussia, Belgio, Inghilterra, Portogallo, Spagna e infine nell’amata Roma, dove, già da malato da tempo, si spense l’11 giugno 1852.