Родился 4 июня 1929 г. в гор. Янина на северо-западе Греции. Подростком в годы Второй мировой войны участвовал в движении Сопротивления.
Юридическое образование получил в Афинском университете, продолжил обучение в аспирантуре Милана (Италия), докторскую диссертацию защитил в Кельне (Германия).
Доктор юридических наук.
В 1963-81 гг. занимался юридической практикой.
Каролос Папульяс был активным участником борьбы против режима "черных полковников" (1967-74). Военный переворот 1967 г. застал его в Западной Германии, где он стал одним из активистов организации "Социалистический демократический союз зарубежья", объединившей в своих рядах противников хунты "черных полковников".
Входил в число основателей партии "Всегреческое социалистическое движение" (ПАСОК), с декабря 1974 г. постоянно избирался членом ЦК ПАСОК, был членом координационного совета, исполкома, политического секретариата партии, секретарем комитета ПАСОК по международным связям.
В 1977-2004 гг. был депутатом парламента, возглавлял комитеты по иностранным делам, по вопросам обороны, военно-технического сотрудничества с зарубежными странами.
В 1981-85 гг. занимал должность заместителя министра иностранных дел, в 1985-89 гг. и 1993-96 гг. - министра иностранных дел в правительстве Андреаса Папандреу.
В 1985 г. был избран председателем Национальной спортивной ассоциации.
По инициативе Папульяса было организовано первое межбалканское совещание министров иностранных дел в Белграде в 1988 г., где было заложено начало переговорного процесса с Болгарией и СССР о строительстве нефтепровода Бургас - Александруполис.
В течение ряда лет в период с 1996 по 2004 г. занимал пост председателя Постоянного комитета национальной обороны и иностранных дел.
В 2000-05 гг. входил в совете директоров и исполнительный комитет международного фонда "Олимпийское перемирие".
С 12 марта 2005 г. по 12 марта 2015 г. Каролос Папульяс занимал пост президента Греческой Республики (был избран 8 февраля 2005 г., 3 февраля 2010 г. на специальном заседании парламента Греции переизбран на второй срок, 12 марта 2010 г. был приведен к присяге).
Скончался 26 декабря 2021 г. на 93-м году жизни.
Имел награды ряда государств - Знак почета за заслуги перед Австрийской Республикой (2007), Большой орден короля Томислава с лентой и большой утренней звездой (2007) за вклад в развитие дружбы и сотрудничества между Хорватией и Грецией, орден Слона (Дания), орден "За заслуги перед Итальянской республикой" (2006), шведский орден принца Серафима (2008) и польский орден Белого орла (2013).
Был также награжден юбилейными медалями по случаю 40-летия, 50-летия и 55-летия Победы в Великой Отечественной войне.
Автор краткой истории греческого сопротивления.
Автор краткой истории греческого Сопротивления.
Владел греческим, немецким, итальянским и французским языками.
Был женат на Мэи Пану. Три дочери.
Занимался спортом: был чемпионом Греции по прыжкам с шестом, входил в состав национальной сборной по волейболу.