Karol Grzesik urodził się 30 maja 1890 r. w Siedliskach. Jego rodzicami byli Franciszek i Albina z domu Kocur. Do 1907 r. uczył się w gimnazjum prywatnym w Gliwicach, a od 1908 r. kontynuował naukę w Gimnazjum św. Macieja we Wrocławiu. W 1914 r. złożył eksternistyczny egzamin dojrzałości w Schwedt.
Po wybuchu I wojny światowej został powołany do służby wojskowej w Armii Cesarstwa Niemieckiego. Służył w 54 Pułku Artylerii Polowej uzyskując stopień podporucznika. Po zakończeniu wojny studiował filozofię i prawo na uniwersytetach we Wrocławiu i Krakowie. Został członkiem Związku Młodzieży Polskiej „Zet”, a w styczniu 1919 r. Polskiej Organizacji Wojskowej Górnego Śląska.
Brał udział w I powstaniu śląskim. W okresie od września do października 1919 r. był więziony w Katowicach i Raciborzu. Uczestniczył też w II powstaniu śląskim. Od grudnia 1920 r. pełnił funkcję adiutanta przedstawiciela Polski w Komendzie Głównej Policji Plebiscytowej (Abstimmungspolizei Oberschlesien) w Opolu, a od kwietnia 1921 r. był szefem Głównego Inspektoratu Dowództwa Obrony Plebiscytowej. Po wybuchu III powstania śląskiego objął dowództwo Grupy Operacyjnej „Wschód”. Pod koniec powstania, 2 czerwca 1921 r. Karol Grzesik ogłosił się naczelnym wodzem powstania. Wraz z innymi oficerami grupy niechętnymi wstrzymywaniu działań zbrojnych, m.in. Michałem Grażyńskim i Wiktorem Przedpełskim, został 3 czerwca, na rozkaz Wojciecha Korfantego, aresztowany przez oddział por. Roberta Oszka. Decyzją głównodowodzącego wojskami powstańczymi i zwierzchnika sądowego Kazimierza Zenktelera został, wraz z pozostałymi oficerami, całkowicie oczyszczony z zarzutów.
Otrzymał awans do stopnia kapitana artylerii ze starszeństwem z dniem 1 czerwca 1919 r. W latach 1923–1924 był oficerem rezerwowym 6 Pułku Artylerii Polowej w Krakowie. W 1934 r. jako kapitan rezerwy został przydzielony do Oficerskiej Kadry Okręgowej nr V.
Po przyłączeniu części Górnego Śląska do Polski Karol Grzesik był współpracownikiem Związku Byłych Powstańców, a od 1923 do 1925 r. prezesem Związku Powstańców Śląskich.
W 1926 r. został naczelnikiem gminy Wielkie Hajduki (w 1939 r. włączonej do Chorzowa). Od 1927 r. należał do założonego w 1926 r. przez działaczy wywodzących się ze Związku Młodzieży Polskiej „Zet” prorządowego Związku Naprawy Rzeczypospolitej. Rok później wraz z Michałem Grażyńskim był jednym z założycieli Narodowo-Chrześcijańskiego Zjednoczenia Pracy. Z jego ramienia w latach 1928–1935 pełnił mandat posła na Sejm RP II i III kadencji. W 1935 r., po wyborach do Sejmu Śląskiego IV kadencji Karol Grzesik został jego marszałkiem, którą to funkcję pełnił do wybuchu II wojny światowej.
W 15. rocznicę wybuchu III powstania śląskiego przemawiając podczas uroczystego posiedzenia Sejmu Śląskiego powiedział: Okres powstań łączył nas Polaków na Śląsku w jednej myśli i w jednym celu. Dlatego byliśmy tak silni, byliśmy nie do przezwyciężenia. Tej samej solidarności narodowej potrzebuje i dziś Polska.
Rok później, w 1936 r. został wybrany prezydentem Chorzowa. Karol Grzesik pełnił również funkcje w ruchu związkowym, od 1930 r. w Generalnej Federacji Pracy, a po 1937 r. – Zjednoczonych Związkach Zawodowych w Polsce. Od 1937 r. do wybuchu wojny był prezesem górnośląskiego okręgu Obozu Zjednoczenia Narodowego.
Po wybuchu II wojny światowej, z obawy przed prześladowaniami ze strony Niemców, tak jak wielu innych działaczy z terenów Górnego Śląska udał się na wschód, do Lublina, a następnie do Lwowa. Jego nazwisko figurowało w „Specjalnej księdze gończej” – „Sonderfahndungsbuch Polen”. Po agresji ZSRS na Polskę 17 września 1939 r. został aresztowany przez władze sowieckie, a w 1940 r. zamordowany przez NKWD. W opublikowanej w 1994 r. tzw. „Ukraińskiej liście katyńskiej” figuruje na liście wywózkowej 56-3/76, oznaczony numerem 661.