Geboren wurde Carl Amery am 9. April 1922 in München. Seine Kindheit verbrachte Carl Amery, Sohn des Kunsthistorikers Anton Mayer-Pfannholz, vorwiegend in Passau und Freising als Schüler des Humanistischen Gymnasiums Passau bzw. des Dom-Gymnasiums – beide Städte sollten ihre Spuren in seinem Werk hinterlassen (z. B. Passau in Der Wettbewerb und Der Untergang der Stadt Passau und Freising in Das Geheimnis der Krypta). Anschließend war Amery Stipendiat des Maximilianeums und studierte Neuphilologie an der Ludwig-Maximilians-Universität München, später dasselbe Fach, dazu Literaturtheorie und -kritik, an der Catholic University of America in Washington, D.C.
Im Zweiten Weltkrieg geriet er 1943 in Tunesien in amerikanische Kriegsgefangenschaft[2] und kehrte 1946 nach München zurück, wo er sein unterbrochenes Studium (Sprachen und Literaturwissenschaft) wieder aufnahm. Er begann zu schreiben, zunächst unter seinem leicht amerikanisierten Namen als Chris Mayer, dann wählte er sich als Pseudonym Carl Amery, wobei Amery ein Anagramm von Mayer ist.
1954 erschien sein erster Roman (Der Wettbewerb). Inzwischen Mitglied der Gruppe 47, begründete er 1958 durch den Roman Die große Deutsche Tour seinen Ruf als Satiriker. Dieser Ruf blieb lange haften.
Eine andere Seite seines Arbeitens zeigte er in der 1963 erschienenen kirchenkritischen Schrift Die Kapitulation oder Deutscher Katholizismus heute, gefolgt von Das Ende der Vorsehung. Die gnadenlosen Folgen des Christentums, in dem er dem Christentum Mitschuld an der globalen Umweltzerstörung zuwies. Dies prädestinierte Amery für die Rolle des Vordenkers der politischen Ökologie, die er mit weiteren Schriften wie insbesondere Die ökologische Chance ausfüllte und durch sein persönliches Engagement unterstrich – zunächst in der Anfangsphase bei der Partei Die Grünen, dann 1980 durch die Gründung der unabhängigen E.-F.-Schumacher-Gesellschaft, deren Vorsitzender er bis 1995 war.
Von 1967 bis 1971 war Amery Direktor der Münchner Stadtbibliothek, was für ihn eine Publikationspause bedeutete.
1974 schließlich wandte er sich einem dritten Genre zu, der Science-Fiction, was damals für einen der Hochliteratur zugerechneten Autor ein überraschender Schritt war. Beeinflusst war er dabei nicht zuletzt durch Gilbert Keith Chesterton, dessen Science-Fiction-Romane er später in überarbeiteten deutschen Fassungen herausgab.
Zwei weitere mit Fantasy-Elementen durchsetzte Romane Amerys thematisieren bayrische Spiritualität: In Die Wallfahrer (1986) bewegen sich die Protagonisten auf den alten Gnadenort Tuntenhausen zu; und im Geheimnis der Krypta (1990) bildet die Krypta im Freisinger Dom (und dort die sogenannte Bestiensäule) das Zentrum der sich über drei Generationen erstreckenden Handlung, wobei die aus den Feuern der Leyermark (aber auch aus dem Königsprojekt) her bekannte Fragestellung zu einer Wissenschaft der „Sphagistik“ erhoben wird, wie die Geschichte aufgrund geringfügig veränderter Einzelbedingungen hätte ganz anders verlaufen können.
Ab 1985 erschienen Amerys gesammelte Werke in Einzelausgaben im Münchner Paul List-Verlag. 2001 erklärte Amery in einem Interview, dass er aus gesundheitlichen Gründen keine weiteren Romane verfassen werde.
Carl Amerys Gesundheitszustand verschlechterte sich in den letzten Lebensjahren aufgrund eines Lungenemphysems bis zu seinem Tod zunehmend. Er starb am 24. Mai 2005 und wurde am 30. Mai 2005 am Münchner Ostfriedhof im engsten Familienkreis beigesetzt. Die Rechte an seinen Publikationen lagen bis zu ihrem Tod 2019 bei seiner Witwe Marijane Mayer und sind jetzt auf die Verwertungsgesellschaft Mayer-Amery GbR übergegangen.