Urodził się około 1860 roku w Buddu (Singo). Karol należał do klanu Ngabi. Wychował się w Kalokero i w wieku osiemnastu lat zaczął mieszkać ze swym wujkiem Mawulungulu, przywódcą w Kyato. Mutagwanya, jeden z przyjaciół Lwanga, wstąpił na służbę Mutesa w 1878 roku i powiedział mu o nowej doktrynie nauczanej przez francuskich misjonarzy katolickich. Dwa lata później jego wujek Mawulungulu został wybrany szefem Nakweya i przyszedł podziękować królowi za tę łaskę. Jego młody bratanek towarzyszył mu przy tej okazji.
W ten sposób Lwanga dowiedział się o misjonarzach katolickich. Pewnego dnia Karol zdecydowal się towarzyszyć Semugoma, innemu ze swych przyjaciół, w podróży do stolicy, aby spotkać się z misjonarzami. Spędzili z nimi parę dni, uczestniczyli w lekcjach katechizmu i kiedy powrócili do Nakweya, opowiedzieli swym towarzyszom o wszystkim, czego się nauczyli.
Karol wstąpił na dwór Mwanga, kiedy miał około dwudziestu lat. Ponieważ odznaczał się wielką pracowitością, powierzano mu coraz to bardziej odpowiedzialne zadania. Po pewnym czasie został przełożonym części królewskiego pałacu przeznaczonej dla różnych grup paziów. Kiedy misjonarze musieli opuścić misję, wspólnota chrześcijan ze stolicy zgrupowała się wokół Andrzeja Kaggwa. Lwanga często przychodził do Rubaga, przynosił dary królowi Mutesa i korzystał z okazji, aby utrzymywać kontakty z chrześcijanami i uzupełniać swoją formację.
Przyjął chrzest 16 listopada 1885 roku. Po śmierci Mukasa, Karol stanął na czele chrześcijan. Podtrzymywał i ożywiał wiarę wszystkich paziów w chwilach niebezpieczeństwa, przede wszystkim zaś w drodze krzyżowej do Namugongo. Mwanga polecił go wezwać – pragnął zdobyć jego zaufanie:
– Synu mój – powiedział do niego – czy myślisz, że chcę żebyś umarł, tak jak Mukasa Balikuddembe? Nie rozkazałem go zabić, ponieważ modlił się do Boga, ale ponieważ mnie obraził, przeciwstawiając się śmierci Anglików i ponieważ szedł powiedzieć białym o tym, co mówiłem. Nie zabraniam wam modlić się, ale czyńcie to tutaj, a nie chodźcie do domu białych.
Karol odpowiedział mu:
– Oskarżasz białych o to, że chcą zniszczyć twe królestwo, a nas o to, że chcemy im pomóc. Ale religia, której oni mnie nauczają, każe mi służyć tobie. Aż do tej pory traktowałeś mnie jako jednego z najbardziej oddanych ci sług; nawet teraz jestem gotów, aby – służąc tobie – umrzeć.
W noc poprzedzającą przesłuchanie Karol przywołał paziów, którzy byli jeszcze katechumenami i ochrzcił ich. Byli wśród nich Mugagga, Kizito, Gyawisa, Mgaba Tuzinde i Werabe.
Następnego dnia zebrał wszystkich paziów chrześcijańskich i powiedział im:
– Wielokrotnie słyszeliście od króla, że, chcąc zmusić nas do wyrzeczenia się wiary, odłączy nas od niechrześcijan. Kiedy usłyszycie go powtarzającego te słowa, idźcie za mną – pójdziemy na miejsce, które nam wskaże. Nie wypierajcie się wiary, wyznajcie odważnie Słowo Boga, I chociażby was nie zabrali, nie przestawajcie się modlić.
Później wspólnie odmówili modlitwę i każdy odszedł do swoich zajęć.
Niedługo potem, Mwanga zwołał wszystkich swych poddanych i zawołał:
– Niech wszyscy ci, którzy przyjęli chrześcijaństwo, staną tutaj!
Karol Lwanga powstał jako pierwszy i powiedział:
– Sebo Kabaka, niemożliwe jest nie wyznać tego, w co z całego serca się wierzy.
Kizito złapał go za rękę i wszyscy pozostali do nich dołączyli. Kiedy wydano wyrok śmierci, Karol dał dowód wyjątkowej odwagi i stalości, tak że zadziwił pozostałych paziów, a w sposób szczególny młodego Kizito.
Po przybyciu do Namugongo zakuto go w kajdany, ponieważ zwrócił się do Mukajanga, mówiąc:
– Przyszedłeś, aby nas zabić. Dlaczego każesz nam czekać?
Dionizy Kamyukka zobaczył, że Karol jest zadowolony i, wtrącony do szałasu, modli się.
Liczna rzesza ludzi zebrała się wokół męczenników, kiedy ci zbliżyli się do miejsca kaźni. Jedni, widząc ich niezachwianą postawę, byli zdumieni, a inni zgorszeni.
Karol powiedział im:
– Wy nie wiecie, czym jest religia; jeśli byście to wiedzieli, także i wy chcielibyście umrzeć za nią.
Kat Senkole przygotował dla Karola wyrafinowaną torturę.
– Poczekaj – powiedział do niego. – Tobą to ja się zajmę.
Senkole chciał pomścić upokorzenie, którego wcześniej doznał od Karola. Kiedy jego ludzie kopali jeziora dla króla, tak leniwie pracowali, że Karol zmusił go do zejścia do nich i nakazania im pracy z większym zaangażowaniem. Teraz nadszedł moment do wyrównania rachunków. Karol zrozumiał jego intencje i powiedział do swych towarzyszy:
– Przyjaciele, ja zostaję tutaj. Za parę chwil spotkamy się w raju. Do widzenia Kizito.
Kizito odpowiedział:
– Będziemy silni aż do końca.
Senkole najpierw podłożył ogień pod nogi Karola, a następnie powoli go torturował. Do tortur dodał zniewagi:
– Módl się teraz do swojego Boga i zobaczymy, czy jest tak potężny, żeby uwolnić cię od cierpień.
Karol odpowiedział:
– Nie wiesz, co mówisz. Wierzysz, że dręczysz mnie ogniem, podczas gdy to, co robisz, jest obmywaniem moich nóg źródlaną wodą. Pomyśl raczej o sobie: żeby Bóg, którego obrażasz, nie wrzucił cię w ogień piekielny.
Po wolnych i strasznych torturach ogień doszedł do serca. Karol powiedział wtedy tylko:
– Boże mój, Boże mój – i oddał ducha.
Pięć tygodni wcześniej, Karol powiedział o. Lourdel: „Nie mogliśmy obchodzić Wielkanocy, ale na Wniebowstąpienie Pańskie to sobie powetujemy. Nie przegapimy tej daty. Jak pięknie chcemy celebrować Wniebowstąpienie!”.
Słowa te urzeczywistniły się 3 czerwca 1886 roku. Był to dzień jego męczeństwa – miał wtedy dwadzieścia pięć lat. W 1934 roku papież Pius XI ogłosił go patronem chrześcijańskiej młodzieży w Afryce.