Originaire de Nouvelle-Zélande, Karl Urban débute sa carrière d'acteur après le lycée, en 1992, avec des rôles récurrents dans les séries de son pays que sont Shortland Street et Homeward Bound. C'est en 2000, avec le film d'horreur Face aux démons, qu'il obtient son premier rôle d'importance au cinéma. Hollywood commence alors à s'intéresser vivement à cet acteur au visage dur et lui offre un rôle dans le film d'horreur Le Vaisseau de l'angoisse (2002), qui lui permet de donner la réplique à Gabriel Byrne et Julianna Margulies.

En 2002, Karl Urban se révèle au grand public en incarnant Eomer dans Le Seigneur des anneaux : les deux tours, réalisé par son compatriote Peter Jackson. Après avoir repris son rôle dans Le Seigneur des anneaux : le retour du roi, il se spécialise dans des productions particulièrement musclées, incarnant un Nécromanger dans Les Chroniques de Riddick (2004), affrontant Matt Damon dans La Mort dans la peau (id.) ou traquant les mutants en compagnie de The Rock dans Doom (2005), adaptation sur grand écran du célèbre jeu vidéo.

Valeur sûre des films de science-fiction, Karl Urban endosse le costume de médecin-chef à bord de l'Enterprise dans Star Trek (2009) puis Star Trek Into Darkness (2013) et Star Trek : Sans limites (2016). Entre ces deux blockbusters de qualité, il campe l'adversaire coriace de Bruce Willis dans Red, le méchant de Priest et se glisse dans la peau de Dredd, célèbre justicier qui fait régner l'ordre dans le futur. En 2013, le comédien retrouve son ennemi Riddick pour un nouvel affrontement signé David Twohy.

Karl Urban est également choisi pour se glisser dans la peau du personnage principal de la nouvelle série SF de J.J. Abrams Almost Human. On le voit ensuite dans les thrillers Vertiges et Hangman (où il se lance à la poursuite d'un serial killer aux côtés d'Al Pacino), le remake Peter et Elliott le dragon, le blockbuster Thor : Ragnarok et le film d'action fantastique Mortal Kombat 2. En parallèle, il trouve l'un de ses rôles les plus connus dans la série de super-héros The Boys, où il campe avec force le "boucher".