Como astrónomo observacional desarrolló investigaciones sobre óptica y fotografía relacionadas con este campo, introduciendo la geometría no euclidiana para medir el universo.

En el área de la relatividad, aportó soluciones exactas a las ecuaciones del campo de Einstein, y avanzó ideas sobre los agujeros negros que se confirmarían décadas después.

Joven prodigio, a los dieciséis años desarrolló un trabajo sobre la teoría de órbitas celestes y otro sobre las estrellas dobles, que luego se publicarían en la revista Astronomische Nachrichten (Informes Astronómicos).

[2]​ Hacia 1891 ingresó en la Universidad de Estrasburgo, y en tres años obtuvo el doctorado en Múnich, tras dedicarse a la astronomía observacional, trabajando a continuación como asistente en el Observatorio Kuffner, donde desarrolló una fórmula para calcular las propiedades de los materiales fotográficos.

[2]​ Karl Schwarzschild falleció, a los 42 años durante la Primera Guerra Mundial, por haber contraído pénfigo (una grave enfermedad autoinmune que afecta a la piel) durante su estancia en el ejército.

[2]​ El propio Einstein se sorprendió gratamente al saber que sus ecuaciones de campo admitían soluciones exactas, debido a su complejidad prima facie, y porque él mismo solo había producido una solución aproximada.

La primera solución (simétrica esféricamente) de Schwarzschild no contiene una coordenada con una singularidad matemática en una superficie que ahora lleva su nombre.