Родился 27 января 1832 в доме приходского священника в деревне Дарсбери, графство Чешир. Всего в семье было 7 девочек и 4 мальчика. Учиться начал дома, показал себя умным и сообразительным. Был левшой; по непроверенным данным, ему запрещали писать левой рукой, чем травмировали молодую психику (предположительно, это привело к заиканию). В двенадцать лет поступил в небольшую частную школу недалеко от Ричмонда. Ему там понравилось. Но в 1845 году ему пришлось поступить в школу Рагби, где ему нравилось значительно меньше.
В начале 1851 года переехал в Оксфорд, где поступил в Крайст-Чёрч, один из наиболее аристократических колледжей при Оксфордском университете. Учился не очень хорошо, но благодаря выдающимся математическим способностям после получения степени бакалавра выиграл конкурс на чтение математических лекций в Крайст-Чёрч. Он читал эти лекции в течение следующих 26 лет, они давали неплохой заработок, хотя и были ему скучны. По уставу колледжа он принял духовный сан, но не священника, а только диакона (что давало ему право читать проповеди без работы в приходе).
Писательскую карьеру начал во время обучения в колледже. Писал стихотворения и короткие рассказы, отсылая их в различные журналы под псевдонимом Льюис Кэрролл. Псевдоним «Льюис Кэрролл» образован из настоящих имён автора «Чарльз Латвидж», которые являются соответствиями имён «Карл» и «Людовик»; Доджсон выбрал другие английские соответствия этих же имён и поменял их местами. Постепенно приобрёл известность. С 1854 года его работы стали появляться в серьёзных английских изданиях: «Комик таймс», «Трейн».
В 1856 году в колледже появился новый декан — Генри Лиддел, вместе с которым приехали его жена и пять детей, среди которых была и 4-летняя Алиса. В 1864 году написал знаменитое произведение «Алиса в Стране чудес».
В 1867 году диакон англиканской церкви Доджсон вместе с богословом преподобным Генри Лиддоном (не путать с деканом Генри Лидделом) посетил Россию. Это был период богословских контактов англиканской и православной церквей, которыми особо интересовались Лиддон и влиятельный епископ Оксфордский Сэмюэл Уилберфорс, чьими рекомендательными письмами заручились оба клирика. Вместе с Лиддоном Кэрролл был принят в Москве и Сергиевом Посаде митрополитом Филаретом (визит был приурочен к 50-летию его пребывания на московской кафедре) и архиепископом Леонидом (Краснопевковым). Маршрут поездки был следующий: Лондон — Дувр — Кале — Брюссель — Кёльн — Берлин — Данциг — Кёнигсберг — Петербург — Москва — Нижний Новгород — Москва — Троице-Сергиева Лавра — Петербург — Варшава — Бреслау — Дрезден — Лейпциг — Эмс — Париж — Кале — Дувр — Лондон. Это была единственная заграничная поездка Кэрролла. Её описал он сам в «Дневнике путешествия в Россию 1867 г.» (не предназначался для печати, издан посмертно), где приводятся туристические впечатления от посещённых городов, заметки о встречах с русскими и англичанами в России, записи отдельных русских фраз.
Умер 14 января 1898 в Гилфорде, графство Суррей. Похоронен там же, вместе с братом и сестрой на Mount Cemetery.
