Kaarle Halmeen vanhemmat olivat maanviljelijä, maakauppiasDavid Sundgren ja Eva Eufrosyne Uotila. Halme aikoi ensin virkamieheksi ja toimi 1883–1888 Turun lääninhallituksen ylimääräisenä kanslistina. Hän oli kuitenkin samoihin aikoihin alkanut esiintyä amatöörinäyttelijänä ja sai lopulta kiinnityksen 1888 Kaarlo BergbominSuomalaiseen Teatteriin. Halme saavutti mainetta sankariroolien esittäjänä – hän esiintyi muun muassa Kullervon, Daniel Hjortin, Othellon ja Wilhelm Tellin rooleissa. Hän esitti myös tukkilaissankari TurkkaaTeuvo Pakkalan laulunäytelmän Tukkijoella ensi-illassa 1899.
Suomalaisessa teatterissa syntyneiden riitojen vuoksi Halme siirtyi 1903 vuodeksi Ruotsalaiseen Teatteriin. Vuosina 1904–1905 Halme toimi ViipurinSuomalaisen Maaseututeatterin johtajana. Halme teki vuonna 1903 aloitteen Tampereen Teatterin perustamisesta ja 10. toukokuuta 1904 tämä tapahtuikin. Halmeesta tuli teatterin ensimmäinen johtaja mutta hän erosi jo tammikuussa 1905 jouduttuaan riitaan teatterin johtokunnan kanssa. Lähdettyään Tampereelta Halme oli vuosina 1905–1907 kaunoluvun ja puhetaidon opettajana Helsingissä, ja vuonna 1907 hän oli perustamassa Helsinkiin Kansan Näyttämöä. Halme toimi sen ensimmäisenä johtajana vuodet 1907–1911.
Vuonna 1912 Halme palasi Viipurin Suomalaisen Maaseututeatterin johtajaksi mutta tämäkin kausi päättyi kesken 1913. Yhdessä Eino Leinon kanssa Halme perusti 1912 Helsingin Seurasaaressa toimineen Helkanäyttämön. Leino ja Halme halusivat luoda tästä teatterista uudistavan vastavoiman Suomen Kansallisteatterille mutta Helkanäyttämö toimi vain lyhyen aikaa. Vuonna 1915 Halme perusti Näyttämö Kaarle Halmeen ja johti sitä vuoteen 1922 saakka. Halme sai valtion taiteilijaeläkkeen 1923 ja tämän jälkeen hän keskittyi näytelmien, romaanien ja omien muistelmiensa kirjoittamiseen.
Halme kirjoitti kaikkiaan 43 näytelmää, joista osa oli pienimuotoisia seuranäyttämöitä varten tehtyjä kappaleita, esittäjinä lähinnä harrastajateatterit. Hänen romaaneistaan on tunnetuin vuonna 1925 ilmestynyt Kyläraittien kuningas, josta Jorma Nortimo ohjasi 1945 samannimisen elokuvan.
Halme oli naimisissa vuodesta 1886 lähtien Hulda Olivia Sundellin (1857–1944) kanssa. Halme on haudattu Hietaniemen hautausmaalle Helsinkiin samaan hautaan vaimonsa kanssa.
Eino Leino kuvaa Suomalaisen kirjallisuuden historia-teoksessa vuodelta 1910 Kaarle Halmetta seuraavasti:
"Kaarle Halme, näyttelijä, teatterinjohtaja, aluksi realististen, hämäläistä kansan-elämää käsittelevien näytelmien Purimossa ja Mallassaunalla kirjoittaja, joiden huippuna on pidettävä hänen tottuneelle näyttämösilmällään hahmoteltua ja syvempään psykologiseen käsittelyyn tähtäävää murhenäytelmäänsä Murtuneita. Myöhemmissä näytelmissään, kuten Herran ääni ja Maattomat, hän on asettanut taiteensa nykyaikaisten sosialististen aatteiden palvelukseen, joita hän jo aikaisemminkin oli pienessä 1-näytöksisessään Mestari Garp käsitellyt."
Näytelmiä
Mallassaunalla: näytelmällinen pikakuva 1:ssä näytöksessä. Otavan helppohintainen kirjasto n:o 43. Otava 1900
Purimossa: viisinäytöksinen näytelmä. Otavan helppohintainen kirjasto n:o 44. Otava 1900, 2. korjattu ja näyttämöä varten lyhennetty painos Seuranäytelmiä 202. Karisto 1917
Mestari Garp: yksinäytöksinen näytelmä. Uusmaalaisten edistysseurojen toimituksia 7. WSOY 1901
Murtuneita: nelinäytöksinen näytelmä. Otava, Kuopio 1903, 3. painos Seuranäytelmiä 203. Karisto 1917, 6. painos 1950
Herran ääni: kolminäytöksinen näytelmä. Otava 1906, 2. korjattu painos nimellä Kosken tarina. Seuranäytelmiä 210. Karisto 1920
Maattomat: kolminäytöksinen näytelmä. Otava 1909
Egyptin pimeys: kolminäytöksinen maalaisnäytelmä lauluineen. Näytelmäkirjasto n:o 75. Yrjö Weilin, Helsinki 1911, 2. painos Seuranäytelmiä 212. Karisto 1920, 1926
Jaakobin uni: yksinäytöksinen satiiri. Näytelmäkirjasto n:o 74. Yrjö Weilin, Helsinki 1911
Multa-aatelia: 3-näytöksinen huvinäytelmä. Näytelmäkirjasto n:o 76. Yrjö Weilin, Helsinki 1911, 3. painos nimellä Esa Pöllönkorpi: kolminäytöksinen huvinäytelmä. Seuranäytelmiä 213. Karisto 1920, 4. painos 1933
Multa-aatelia 2. Pöllönkorven naamiaisyö: 3-näyt. huvinäytelmä. Näytelmäkirjasto n:o 84. Yrjö Weilin, Helsinki 1912, 2. painos nimellä Pöllokorven naamiaisyö: kolminäytöksinen huvinäytelmä. Seuranäytelmiä 214. Karisto 1920
Multa-aatelia 3. Maisteri Pöllönkorpi: 3-näyt. huvinäytelmä. Näytelmäkirjasto n:o 87. Kustannus Oy Kirja, Helsinki 1912
Multa-aatelia 4. Kirkkopatruuna: 3-näyt. huvinäytelmä. Näytelmäkirjasto n:o 104. Kustannus Oy Kirja, Helsinki 1912
Häväistys: kolminäytöksinen näytelmä. Näytelmäkirjasto n:o 109. Kustannus Oy Kirja, Helsinki 1913
Kaksintaistelu: 3-näytöksinen näytelmä. Näytelmäkirjasto n:o 107. Kustannus Oy Kirja, Helsinki 1913, 2. painos Seuranäytelmiä 215. Karisto 1920
Korpi herää: yksinäytöksinen näytelmä. Näytelmäkirjasto n:o 111. Kustannus Oy Kirja, Helsinki 1913, 2. painos Seuranäytelmiä 234. Karisto 1923
Korpi liikkuu: yksinäytöksinen näytelmä. Näytelmäkirjasto n:o 113. Kustannus Oy Kirja, Helsinki 1913, 2. painos Seuranäytelmiä 236. Karisto 1924
Korpi nukkuu: yksinäytöksinen näytelmä. Näytelmäkirjasto n:o 110. Kustannus Oy Kirja, Helsinki 1913, 2. painos Seuranäytelmiä 233. Karisto 1923
Ennustus: yksinäytöksinen huvinäytelmä. Seuranäytelmiä 173. Karisto 1914, 3. painos 1931
Korpi nousee: yksinäytöksinen näytelmä. Näytelmäkirjasto n:o 112. Kustannus Oy Kirja, Helsinki 1914, 2. painos Seuranäytelmiä 235. Karisto 1923
Naimisiin: yksinäytöksinen huvinäytelmä. Seuranäytelmiä 174. Karisto 1914, 3. painos 1931
Turma: kolminäytöksinen näytelmä. Seuranäytelmiä 177. Karisto 1914, 3. painos 1927
Uhri: kolminäytöksinen näytelmä. Seuranäytelmiä 166. Karisto 1914, 2. korjattu painos 1920, 3. painos 1927
Opas seuranäyttelijöille ja seuranäytelmien toimeenpanijoille. Näytelmäkirjasto n:o 20. Yrjö Weilin, Helsinki 1905, 3. painos nimellä Seuranäyttämö-opas: työväenyhdistyksiä, nuorisoseuroja, raittiusseuroja y.m. iltamatoimitsijoita varten. Seuranäytelmiä 216. Karisto 1920, 4. painos 1929
Silmukorven nuori Epra: satakuntalainen kertomus. Otava 1925
Arkadia: elämäni kuvia maailmaa kuvastelevilta palkeilta kansallisen kevättunnelman ajoilta. Otava 1928
Juhlaruno Tampereen kauppaseuran 50-vuotiseen juhlaan maaliskuun neljäntenätoista 1936. Tampereen kauppaseura, Tampere 1936
Taistelu ehjästä elämästä: romaani. Otava 1944, uusi painos Tiberius kirjat, Valkeakoski 2017
Suurtekojen mies: kuvauksia suomalaisen talonpojan Aatu Kärjen lahjoitus-, avustus- ja valistustoiminnasta 1800-luvun alkupuoliskolla. Otava 1945
Suomennoksia
Seikkailu jalkamatkalla: viisinäytöksinen laulunäytelmä; C. Hostrupin jälkeen mukaellut Kaarle Halme. säveltänyt Otto Kotilainen. Näytelmäkirjasto n:o 17. Yrjö Weilin, Helsinki 1905, 3. painos Teatterikirjasto 5. Karisot 1929
Gerhart Hauptmann: Kankurit: 5:si näytöksinen näytelmä 1840-luvulta. Näytelmäkirjasto n:o 23. Yrjö Weilin, Helsinki 1906
August Strindberg: Kaarle XII: viisikuvaelmainen näytelmä. Yrjö Weilin & Kumpp., Helsinki 1910
Gustaf af Geijerstam: Junula ja Tanula: 3-näytöksinen laulunäytelmä (kansannäytelmä); mukaellen suomentanut Kaarle Halme. Näytelmäkirjasto n:o 73. Yrjö Weilin, Helsinki 1911, 2. p. Kustannus Oy Kirja, Helsinki 1913, 5. p. 1927, 6. painos Seuranäytelmiä 521. Karisto 1950