Окончив медицинский факультет Дерптского университета, Бэр работал в Австрии и Германии, с 1819 года он – профессор Кенигсбергского университета. Здесь Бэр работал сначала прозектором при кафедре анатомии и физиологии человека, а затем профессором и директором анатомического театра в местном университете. В этот период Бэр занимался зоологией беспозвоночных, эмбриологией и сравнительной анатомией. Особенно интенсивно он вел эмбриологические исследования. В 1819 г. его назначили членом Императорской академии в Петербурге, но вскоре Бэр вернулся на прежнюю работу в Кенигсберге, где в 1826 г. получил кафедру анатомии. В том же году Бэр вновь вернулся в Петербург, где занял должность профессора Петербургской Академии Наук.
В 1837 году Бэр возглавлял научную экспедицию на Новую Землю на шхуне «Кротов». Главной задачей этой экспедиции, в отличие от всех предыдущих на Новую Землю, было изучение ее геологического строения, ознакомление с фауной и флорой. Экспедиция получила прекрасные научные результаты, став важным шагом в изучении Арктики. Были собраны коллекции до 90 видов растений и до 70 видов беспозвоночных. Геологические исследования позволили сделать вывод о том, что Новая Земля сформировалась в силурийскую и девонскую эпохи. В 1838 году Бэр опубликовал результаты своих исследований. Он разрабатывал проекты новых экспедиций в Арктику, указывая на важность изучения ее климата, необходимость проведения геофизических наблюдений. Бэр наряду с Ф. П. Литке (см.) и Ф. П. Врангелем (см.) был одним из учредителей ИРГО. В 1861 году он получил высшую награду ИРГО – Большую Константиновскую медаль. Труды Бэра имели не только чисто научное, но и прикладное значение. В частности, это касается его работ по изучению и рационализации рыболовства на Чудском озере, в Азовском и Каспийском морях.
Бэру первому удалось обнаружить яйцеклетку у человека. Он пришел к выводу о зародышевой плазме и о подобии первых стадий развития зародышей у всех многоклеточных животных, включая человека, что позднее дало ему возможность создать основы новой научной отрасли - сравнительной эмбриологии. Открыл яйцеклетку у млекопитающих, описал стадию бластулы, изучил эмбриогенез цыпленка, установил сходство эмбрионов высших и низших животных, теорию последовательного появление в эмбриогенезе признаков типа, класса, отряда и т.п. Им описано развитие основных органов позвоночных. Бэр открыл способ развития наиболее характерного органа этих животных - позвоночного столба. Сравнивая зародыши позвоночных животных различных классов (рыб, земноводных, млекопитающих), он установил, что все они на ранних стадиях развития схожи между собой. Бэр по праву считается одним из основателей физической антропологии. Высказывает доказательные идеи относительно монофилетического происхождения человека и его рас, о влиянии на физический тип условий среды. Бэром первым в России был применен метод краниологии для исследования происхождения этно-территориальных групп человека. Специальные работы посвящены деформации черепов, краниологии средневекового славянского населения. Программа краниологических исследований, представленная К.М. Бэром в 1861 г. легла в основу современных методик.
В 1828 г. Бэру был присвоено звание ординарного профессора. В это время он уже прославился как один из наиболее выдающихся ученых-биологов Европы. Бэр интересовался также экологией - наукой об отношениях между организмом и средой.
Научная деятельность Бэра была тесно связана с практикой: он много сделал в области рыболовства и рыбоводства. В частности, К. М. Бэр исследовал рыболовство на Чудском озере, Балтийском (1851-1852 гг.) и Каспийском морях. Особенно большое значение имеют осуществленные Бэром экспедиции на Каспийское море (1853-1856 гг.). Здесь он исследовал местную фауну, изучал состояние рыбных промыслов на Волге и Каспии. Он выяснил геологическое прошлое Каспийского моря, его гидрохимический и температурный режимы и ряд других вопросов.
В 1862 г. Академия наук избрала Бэра своим почетным членом, а в 1864 г. торжественно отпраздновала пятидесятилетний юбилей его научной деятельности. Карл Максимович Бэр умер 16 ноября 1876 г.