Carl Wilhelm Heine wurde am 26. April 1838 als Sohn des Arztes und Orthopäden Jakob Heine in Cannstatt geboren. Nach Abschluss der Reifeprüfung im Gymnasium Bad Cannstatt immatrikulierte er sich im Wintersemester 1855 an der Universität Tübingen in Medizin. Er wechselte für einige Semester nach Würzburg und kehrte zur Promotion 1861 nach Tübingen zurück. Das medizinische Staatsexamen legte er 1862 ab und assistierte anschließend einige Zeit seinem Vater in der orthopädischen Anstalt in Cannstatt. Anschließend reiste er ins europäische Ausland. Er besuchte u. a. Paris, London, Glasgow und Dublin. Er berichtet im "Correspondenzblatt des Württembergischen Ärztlichen Vereins" über seine Erfahrungen an britischen Kliniken. Seit 1857 war Heine Mitglied des Corps Rhenania Würzburg und seit 1862 des Corps Suevia Tübingen.&lt;br&gt; Obwohl das Königreich Württemberg nicht am Schleswig-Holsteinischen Krieg beteiligt war, meldete sich Heine 1864 freiwillig zum Dienst als Militärarzt in Flensburg und machte Erfahrungen in der „Kriegschirurgie“. Auch diese Erfahrungen veröffentlichte er schon bald (1866). Für seine Verdienste als Feldarzt wurde er von beiden Koalitionsmächten Preußen und Österreich hoch dekoriert, wobei der österreichische Orden Voraussetzung für die spätere Erhebung in den erblichen Ritterstand war.