Karl Schönbrunner war der Sohn des Zimmermalers Johann Schönbrunner und Bruder von Josef (1831–1905), Ignaz (1835–1900) und Franz Xaver Schönbrunner (1845–1903), die alle als Maler tätig waren.
Karl Schönbrunner studierte von 1849 bis 1860 an der Wiener Akademie der bildenden Künste bei Karl Rahl und Joseph von Führich, die ihn zur kirchlichen Malerei hinführte. Ab 1859 lebte er in Venedig und von 1862 bis 1872 als österreichischer Staatspensionär in Rom.
1873 Wien, Deckenbild des (nicht mehr existenten) Kaiserpavillons auf der Weltausstellung
um 1875 Wien-Fünfhaus, Kirche Maria vom Siege, Kuppelfresken (Christus als Erlöser, Evangelisten, Propheten, Ordensstifter), Fresken am Portalbogen des Sanktuariums (Triumph Maria und acht Medaillonbildnisse von Märtyrerinnen) und Fresken über den Kapelleneingängen (acht Szenen aus der Kindheit Jesu). In Verbindung mit seinen Brüdern Ignaz und Josef.
Schönbrunner, Karl. In: Friedrich von Boetticher:Malerwerke des 19. Jahrhunderts. Beitrag zur Kunstgeschichte. Band 2/2, Bogen 33–67: Saal–Zwengauer. Fr. v. Boetticher’s Verlag, Dresden 1901, S.682 (Textarchiv– Internet Archive).
Claudia Wöhrer: Kunst des 19. Jahrhunderts. Bestandskatalog der Österreichischen Galerie des 19. Jahrhunderts, Bd. 4: S–Z, hrsg. v. d. Österreichischen Galerie Belvedere, Wien 2000, S. 58 (Digitalisat).