K. Baloža nozīmīgākais devums bija statistikas un tautsaimniecības plānošanas jomās. Viņa pētījumi bija pirmais mēģinājums skaitliski pamatot sociālisma ieviešanas iespējas 19. gs. beigās, ņemot vērā konkrētas valsts (Vācu Impērijas) tā laika esošo tehnoloģisko līmeni. Savas pārliecības patiesumu un dzīvotspēju K. Balodis rūpīgi pārbaudīja, izmantojot statistiku un detalizētus matemātiskus aprēķinus. Viņš uzsvēra izglītības un radošā darba nozīmi. Ar saviem pētījumiem K. Balodis lika pamatu tautsaimniecības starpnozaru bilances metodei.

K. Baloža idejas guva atbalsi Vācijā, Krievijā. Viņš bija Palestīnas saimnieciskās uzbūves plāna autors un Krievijas un Vācijas saimniecības plānu izstrādātājs. Latvijā viņš piedalījās Latvijas Augstskolas dibināšanā (1919; no 1922. gada Latvijas Universitāte) un bija tās mācībspēks, darbojies politikā, bijis 3. Saeimas deputāts.

K. Baloža tēvs bija muižas kalējs Miķelis Balodis, māte Anna Balode (dzimusi Ērgle). Viņa vectēvs bija Vidzemes brāļu draudzes sludinātājs. Ģimenē bija trīs bērni – vecākais dēls Aleksandrs, vidējā meita Hermīne (pēc laulībām Hermīne Zālīte) un jaunākais dēls Kārlis. Tēvs nomira no tīfa, kad Kārlis bija tikai divus gadus vecs. Māte ar bērniem pārcēlās uz Rīgu, kur dzīvoja trūcīgos apstākļos.

K. Balodis nav gājis pamatskolā, jo pēc tēva nāves ģimenei trūka līdzekļu, lai skolotu jaunāko dēlu. Pašmācības ceļā viņš sagatavojās ģimnāzijas gala eksāmeniem un tos nokārtoja kā eksternis Jelgavas ģimnāzijā (1883).

Pēc ģimnāzijas pabeigšanas K. Balodis studēja Tērbatas Universitātes (mūsdienās Tartu Universitāte, Tartu Ülikool) Teoloģijas fakultātē (1884‒1887). 1888. gadā viņu ordinēja par luterāņu mācītāju. 

Pēc neveiksmīgā mēģinājuma nodibināt latviešu koloniju Brazīlijā K. Balodis devās uz Vāciju, kur studēja (1891–1892) ģeogrāfiju Jēnas Universitātē (Friedrich-Schiller-Universität Jena). Tur, izmantojot Brazīlijā uzkrāto materiālu, sagatavoja un aizstāvēja doktora disertāciju “Santakatarinas pavalsts Dienvidbrazīlijā” (Der Staat Santa Catharina in Südbrasilien, 1892).

Atgriezies Vācijā, K. Balodis 1895. gadā studēja tautsaimniecību Minhenes Universitātē (Ludwig-Maximilians-Universität München) un Štrasburgas Universitātē (Kaiser-Wilhelms-Universität, mūsdienās Strasbūras Universitāte (Université de Strasbourg) Francijā).

1904. gadā K. Balodis apprecējās ar Adeli fon Hugo (Adele von Hugo), austriešu virsnieka atraitni ar divām meitām. Viņa sieva uz Latviju 20. gados nepārcēlās, jo turpināja apsaimniekot viņai piederošos nekustamos īpašumus Berlīnē.

Tūlīt pēc Tērbatas Universitātes beigšanas kopā ar pirmajiem baptistu draudzes pārceļotājiem kā jauns mācītājs K. Balodis ieradās Brazīlijā, Santakatarinas pavalstī, Orleansas pilsētas apkārtnē, kur neveiksmīgi mēģināja īstenot utopisku ieceri par nākotnes sabiedrību Riunovu latviešu kolonijā (1889–1891). K. Baloža ieceres neguva panākumus, un viņš atgriezās Vācijā.

Pēc zinātniskā grāda iegūšanas viņš vēlējās strādāt Rīgas Politehniskajā institūtā, bet, saņēmis noraidījumu, atgriezās Vācijā.

1893. gadā K. Balodis devās uz Krieviju, kur līdz 1895. gadam bija luterāņu draudzes mācītājs Zlatoustā (Ufas guberņā). Tomēr vairāk nekā reliģija viņu saistīja tautsaimniecība, matemātika un statistika, un tām viņš veltīja savus nozīmīgākos pētījumus.

Skarbā klimata dēļ K. Balodis pameta Zlatoustu un pārcēlās sākumā uz Pēterburgu, bet pēc tam uz Minheni. Minhenē kopā ar Ludvigu Beseru (Ludwig Besser) sagatavoja pētījumu par demogrāfiju: “Mirstība, vecuma sastāvs un dzīves ilgums reģistrētajiem abu dzimumu iedzīvotājiem Krievijā 1851.‒1890. gadā” (Смертность, возрастной состав и долговечность православного народонаселения обоего пола в России за 1851‒1890 годы). Pēc 1899. gada viņš bija tautsaimniecības privātdocents Berlīnes Frīdriha Vilhelma universitātē (Friedrich-Wilhelms-Universität, no 1949. gada Humbolta Universitāte, Humboldt-Universität zu Berlin). Savus nozīmīgākos pētījumus šajā laikā viņš veica matemātikā un statistikā.

1901.–1903. gadā K. Balodis dzīvoja Latvijā, bet 1904. gada atgriezās Vācijā. 1905. gadā viņš kļuva par Prūsijas Statistikas pārvaldes (Königlich Preußisches Statistisches Bureau), bet 1908. gadā par Vācu Impērijas Finanšu ministrijas ierēdni. Pirmā Pasaules kara laikā viņš bija piekomandēts ierēdnis Vācu Impērijas Kara ministrijā. Šajā laikā K. Balodis pirmo reizi pasaulē izstrādāja pārtikas kartīšu sistēmu. Strādādams Kara ministrijā, K. Balodis bija pētījis pārtikas produktu ražošanu un sadali starp iedzīvotājiem Vācijā un Antantes valstīs. 1915. gads Vācijā bija neražas gads, un draudēja bads. Pārtikas kartītes paredzēja normētu ierobežoto pārtikas resursu sadali iedzīvotājiem. Pārtikas preču pieejamība kļuva taisnīgāka, taču tas nemazināja kara un neražas radīto postu.

1914. gadā K. Balodi ievēlēja par Berlīnes Frīdriha Vilhelma universitātes goda profesoru. 1918. gada pavasarī viņš bija viens no Vācu Palestīnas atbalsta komitejas ebreju apmešanās veicināšanai Palestīnā (Deutsches Pro Palästina Komitee zur Förderung der jüdischen Palästina-Siedlung) locekļiem, tās pirmais priekšsēdētājs un Pirmā Palestīnas valsts saimnieciskās uzbūves plāna autors. Vācijas valdības uzdevumā strādāja Socializācijas komisijā (Socialisierungskommission) apgādes organizēšanā (1919).

1919. gada rudenī K. Balodis atgriezās Latvijā un no 1920. gada janvāra bija Latvijas Augstskolas profesors. Ticis izvirzīts vicerektora amatam, taču nav apstiprināts.

Jau no 1894. gada K. Balodis sāka interesēties par žurnālistiku, iesaistījās politiskajā darbībā – pievienojās Latviešu Sociāldemokrātiskajai strādnieku partijai. Viņš bija personīgi pazīstams ar Jāni Pliekšānu (Raini) un Pēteri Stučku. Rainis atzinīgi vērtēja K. Balodi, tomēr vēlāk, neatkarīgajā Latvijā, 1. un 2. Saeimas vēlēšanās viņa kandidatūru neatbalstīja, un viņš no Latvijas Sociāldemokrātiskās strādnieku partijas izstājās. Lai piedalītos 3. Saeimas vēlēšanās, K. Balodis kopā ar māsas vīru Pēteri Zālīti nodibināja Latvijas Darba savienību, bija tās priekšsēdētājs un no tās tika ievēlēts Latvijas 3. Saeimā (1928–1931).

1920. gada vasarā K. Balodis bija Latvijas delegācijas eksperts saimnieciskajos jautājumos miera sarunās ar Padomju Krieviju. Kontakti ar Krievijas lieliniekiem bija iemesls tam, ka K. Balodim kā Latvijas delegācijas ekspertam Latvijā tika izteikta neuzticība. Presē parādījās ziņas, ka K. Balodis 1921. gadā izvirzīts Prūsijas landtāga vēlēšanās no neatkarīgajiem sociālistiem.

Dzīvodams Vācijā, K. Balodis kļuva par Vācijas pilsoni, tikai 1925. gada janvārī ieguva Latvijas pilsonību. K. Balodis bija nelielās Latvijas Universitātes studentu konkordijas Concordia Latviensis goda filistrs, Latvijas tehnisko darbinieku biedrības goda biedrs.

K. Baloža nozīmīgākais darbs ir “Nākotnes valsts: ražošana un patēriņš sociālā valstī” (Ein Blick In Den Zukumftsstaat, Produktion ubd Konsum im sozialstaat, 1898). Darbs sarakstīts, studējot Jēnas Universitātē, Štutgartē, ar pseidonīmu Atlanticus). Nosaukums dažādos izdevumos mainīts. Vācijā šis darbs izdots vēl trīs atkārtotos izdevumos – 1919, 1920 un 1927. gadā. Pētījums izdots arī Krievijā (1906) un Padomju Krievijā (1921). Latviski šis darbs nav izdots.

Lai gan Vācijā K. Baloža nākotnes valsts koncepcija atbalstu neguva, tā kļuva par pamatu pirmajam padomju tautsaimniecības plānam (1923–1924).

K. Balodis radīja pamatu tautsaimniecības starpnozaru bilances metodei. Pēc pusgadsimta to tālāk attīstīja krievu izcelsmes amerikāņu profesors Vasilijs Ļeontjevs (Василий Васильевич Леoнтьев) un par to saņēma Nobela prēmiju (1973).

K. Balodis piedalījās tautsaimniecības plānošanā Padomju Krievijā (GOELRO plāns ГОЭЛРО, Государственная комиссия по электрификации России), deva padomus konkrētu tautsaimniecības jautājumu risināšanā, sevišķi lauksaimniecībā. K. Baloža elektrifikācijas plāns, kas bija paredzēts Vācijai, izmantots Krievijas elektrifikācijas plāna GEOLRO izstrādē (1920).

K. Balodi interesēja lauksaimniecība. Tai bija nozīmīga loma viņa nākotnes valsts modelī. Jaunākās agronomiskās, tehnoloģiskās, organizatoriskās un teritoriālās plānošanas atziņas viņš izmēģināja savos zemes īpašumos, ko bija iegādājies kopā ar P. Zālīti (Jēkabmuiža netālu no Jelgavas (1900), Bramberģes muiža (1908) un Kacengrīnas muižu mūsdienu Čehijas teritorijā (1911)). Šajos īpašumos iegūtā raža bija vairākās reizes augstāka nekā vidēji Latvijā. K. Balodis ieteica palielināt lauku saimniecības, lai paaugstinātu to efektivitāti.

K. Baloža pirmais nozīmīgais projekts Brazīlijā nebija sekmīgs. Viņš bija vienojies ar vietējo varu, ka kolonija saņems zemi un līdzekļus dzīves uzsākšanai, taču solījumi netika pildīti. Pārcēlušās latviešu baptistu ģimenes nonāca ekonomiskās grūtībās, saražoto produkciju nevarēja pārdot, jo nebija ceļu. Pārceļotāji visā vainoja K. Balodi, un viņam nācās pamest koloniju. Arī Palestīnas ebreju valsts izveidošanas projekts neguva atzinību.

Pārtikas kartīšu sistēma Vācijā darbojās veiksmīgi, un to vēlāk izmantoja vairākās citās valstīs, tostarp Latvijā 20. gs. 90. gadu sākumā.

Latvijā K. Baloža devums augstākās izglītības un tautsaimniecības izpētes un analīzes jomā ir nozīmīgs. Viņš bija daudzpusīgs tautsaimnieks ar lielu pieredzi, kas gūta, darbojoties ārpus Latvijas. To, kas, kā viņam šķita, bija izrādījies derīgs, K. Balodis centās rosināt īstenot arī Latvijā.

Viņa idejas un ieteikumi par agrārās reformas sagatavošanas periodu, par Daugavas aizsprostošanu un lielas spēkstacijas celšanas nepieciešamību, lai ar lētu enerģiju apgādātu jaunās valsts rūpniecību un lauksaimniecību, par nodokļu sistēmu un rūpniecības atjaunošanu tomēr neguva lielu ievērību Latvijas akadēmiskajā un politiskajā vidē.

Par pētījumiem Krievijā demogrāfijā un statistikā K. Balodis ir saņēmis Krievijas Zinātņu akadēmijas (Российская академия наук) Lielo zelta medaļu un Dmitrija Tolstoja prēmiju (1898).

Latvijā K. Baloža ieteikumus gandrīz nekad nepieņēma, jo uzskatīja par pārāk sociālistiskiem, utopiskiem, bet viņu pašu – par vecu profesoru, kam daudz oriģinālu, bet dzīvei nepiemērotu ideju.

Interese par K. Baloža darbiem no jauna radās pēc neatkarības atjaunošanas. No 1994. gada Latvijas Zinātņu akadēmija piešķir Kārļa Baloža balvu tautsaimniecībā.