Carl Sternheim est le fils d'un banquier et grandit à Hanovre puis Berlin. Il étudie la philosophie, la psychologie et le droit à Munich, Göttingen, Leipzig et Berlin. Il écrit déjà ses premières pièces. En 1903 il vit à Munich, où il publie la revue Hyperion (1908-1910) avec Franz Blei. En 1907, il épouse en second mariage Thea Bauer (Thea Sternheim). Un riche héritage lui permet de se bâtir un manoir, Bellemaison[1].
Entre 1911 et 1916, il écrit de nombreuses pièces de théâtre qui forment le cycle Aus dem bürgerlichen Heldenleben (De la vie héroïque bourgeoise). La première de ces pièces, Die Hose, provoque un scandale et le rend célèbre. À partir de 1912, il vit principalement à Bruxelles et à La Hulpe. En 1927, il divorce et se remarie avec Pamela Wedekind, la fille de Frank Wedekind[1].
Il vit à Ixelles (Bruxelles) durant la Seconde Guerre mondiale, où il décède en 1942[2]. Marcel Hastir, un de ses amis, a été enterré dans la même tombe que lui en 2011, au cimetière d'Ixelles.
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