Carl Ortwin Sauer wurde am 24. Dezember 1889 in Warrenton, Missouri, geboren. Sein Großvater war ein reisender Minister, und sein Vater unterrichtete am Central Wesleyan College, einem deutschen Methodistenkolleg, das seitdem geschlossen ist. In seiner Jugend schickten ihn Carl Sauers Eltern zur Schule nach Deutschland, später kehrte er in die USA zurück, um das Central Wesleyan College zu besuchen. Er absolvierte 1908, kurz vor seinem neunzehnten Geburtstag.
Von dort aus besuchte Carl Sauer die Northwestern University in Evanston, Illinois. Während seiner Zeit im Nordwesten studierte Sauer Geologie und entwickelte ein Interesse an der Vergangenheit. Sauer wechselte dann zum breiteren Thema der Geographie. Innerhalb dieser Disziplin interessierte er sich hauptsächlich für die physische Landschaft, die menschlichen kulturellen Aktivitäten und die Vergangenheit. Anschließend wechselte er an die University of Chicago, wo er unter anderem bei Rollin D. Salisbury studierte und promovierte. Seine Dissertation konzentrierte sich auf das Ozark-Hochland in Missouri und umfasste Informationen, die von der Bevölkerung der Region bis zur Landschaft reichten.
Nach seinem Abschluss an der Universität von Chicago unterrichtete Carl Sauer Geographie an der University of Michigan, wo er bis 1923 blieb. In seinen frühen Tagen an der Universität studierte und lehrte er Umweltdeterminismus, ein Aspekt der Geographie, der besagte, dass die physische Umgebung es war allein verantwortlich für die Entwicklung verschiedener Kulturen und Gesellschaften. Dies war zu dieser Zeit die populär gehaltene Ansicht in der Geographie, und Sauer lernte an der Universität von Chicago ausführlich darüber.
Nachdem er die Zerstörung von Kiefernwäldern auf der unteren Halbinsel Michigans studiert hatte, als er an der Universität von Michigan unterrichtete, änderte sich seine Meinung zum Umweltdeterminismus und er war überzeugt, dass Menschen die Natur kontrollieren und ihre Kulturen außerhalb dieser Kontrolle entwickeln, nicht umgekehrt. Er wurde dann ein heftiger Kritiker des Umweltdeterminismus und trug diese Ideen während seiner Karriere.
Während seines Studiums der Geologie und Geographie lernte Sauer auch die Bedeutung der Feldbeobachtung. Anschließend machte er dies zu einem wichtigen Aspekt seiner Lehre an der University of Michigan und führte in seinen späteren Jahren dort eine Feldkartierung der physischen Landschaft und der Landnutzung in Michigan und Umgebung durch. Er veröffentlichte auch ausführlich über die Böden, die Vegetation, die Landnutzung und die Qualität des Landes.
Während des frühen 20. Jahrhunderts wurde die Geographie in den Vereinigten Staaten hauptsächlich an der Ostküste und im Mittleren Westen studiert. 1923 verließ Carl Sauer die University of Michigan, als er eine Stelle an der University of California in Berkeley annahm. Dort fungierte er als Abteilungsleiter und brachte seine Vorstellungen von der Geographie zum Ausdruck. Hier wurde er auch für die Entwicklung der "Berkeley School" des geografischen Denkens berühmt, die sich auf die regionale Geografie konzentrierte, die nach Kultur, Landschaften und Geschichte organisiert war.
Dieses Untersuchungsgebiet war für Sauer wichtig, da es seine Opposition gegen Umweltdeterminismus weiter verstärkte, indem es einen Schwerpunkt auf die Art und Weise legte, wie Menschen mit ihrer physischen Umgebung interagieren und diese verändern. Während seines Geografiestudiums wies er auch auf die Bedeutung der Geschichte hin und richtete U.C. Berkeleys Geographieabteilung mit ihren Abteilungen für Geschichte und Anthropologie.
Neben der Berkeley School ist Sauers berühmtestes Werk aus seiner Zeit an der U.C. Berkeley war seine Arbeit "The Morphology of Landscape" (Die Morphologie der Landschaft) aus dem Jahr 1925. Wie viele seiner anderen Arbeiten stellte sie den Umweltdeterminismus in Frage und machte deutlich, dass die Geografie das Studium der zeitlichen Gestaltung gegenwärtiger Landschaften durch Menschen und natürliche Prozesse sein sollte.
Ebenfalls in den 1920er Jahren begann Sauer, seine Ideen auf Mexiko anzuwenden, was sein lebenslanges Interesse an Lateinamerika weckte. Er veröffentlichte auch Ibero-Americana mit mehreren anderen Wissenschaftlern. Während eines Großteils seines restlichen Lebens beschäftigte er sich mit der Region und ihrer Kultur und veröffentlichte zahlreiche Artikel über die amerikanischen Ureinwohner in Lateinamerika, ihre Kultur und ihre historische Geographie.
In den 1930er Jahren arbeitete Sauer im National Land Use Committee und begann mit einem seiner Doktoranden, Charles Warren Thornthwaite, die Beziehungen zwischen Klima, Boden und Hang zu untersuchen, um die Bodenerosion für den Bodenerosionsdienst zu ermitteln. Kurze Zeit später kritisierte Sauer die Regierung und ihr Versagen, eine nachhaltige Landwirtschaft und Wirtschaftsreform zu schaffen, und verfasste 1938 eine Reihe von Aufsätzen, die sich mit Umwelt- und Wirtschaftsfragen befassten.
Darüber hinaus beschäftigte sich Sauer in den 1930er Jahren mit Biogeographie und verfasste Artikel über die Domestikation von Pflanzen und Tieren.
Schließlich organisierte Sauer 1955 in Princeton, New Jersey, die internationale Konferenz "Die Rolle des Menschen bei der Veränderung des Gesichts der Erde" und trug zu einem gleichnamigen Buch bei. Darin erklärte er, wie Menschen die Landschaft, Organismen, das Wasser und die Atmosphäre der Erde beeinflusst haben.
Carl Sauer ging kurz darauf 1957 in den Ruhestand.
Nach seiner Pensionierung setzte Sauer sein Schreiben und Forschen fort und verfasste vier Romane, die sich auf den frühen europäischen Kontakt mit Nordamerika konzentrierten. Sauer starb am 18. Juli 1975 im Alter von 85 Jahren in Berkeley, Kalifornien.
Während seiner 30 Jahre bei U.C. Berkeley, Carl Sauer beaufsichtigte die Arbeit vieler Doktoranden, die zu Führungskräften auf dem Gebiet wurden und daran arbeiteten, seine Ideen in der gesamten Disziplin zu verbreiten. Noch wichtiger ist, dass es Sauer gelungen ist, die Geographie an der Westküste bekannt zu machen und neue Methoden zu entwickeln, um sie zu studieren. Der Ansatz der Berkeley School unterschied sich erheblich von den traditionellen physischen und räumlichen Ansätzen. Obwohl er heute nicht aktiv untersucht wird, bildete er die Grundlage für die Kulturgeographie und festigte Sauers Namen in der geografischen Geschichte.