Estuda matemática no Christ Church College, da Universidade de Oxford. Trabalha na instituição entre 1855 e 1888. Em 1861 é nomeado diácono da Igreja Anglicana. Fascinado com as crianças, desenvolve para elas jogos matemáticos e passatempos.
Faz vários ensaios fotográficos das meninas Lorina, Edith e Alice, filhas do deão Henry Liddel, de quem é amigo. Inspira-se na última para compor suas obras mais conhecidas: Alice no País das Maravilhas (1865), que narra as aventuras de uma menina em mundos imaginários, e Alice Através do Espelho (1872), que mostra um mundo no qual tudo funciona às avessas.
Assina obras de matemática e lógica, escritas em tom humorístico, como Euclides e Seus Rivais Modernos, de crítica às geometrias não euclidianas. Morre em Guildford, cidade próxima de Londres.