Karl Vilhelmsen er født den 8. februar 1900 i København. Hans første klub var Kløvermarkens Forenede Boldklubber. Han debuterede for A-landsholdet i 1923 i en Testkamp mod Sverige i Stockholm. En kamp som Danmark tabte 1-3. Karl Vilhelmsen har spillet 1 kampe for det danske A-landshold og scoret 1 mål.