Карел Земан народився 3 листопада 1910 року в , на той час Австро-Угорщина. Був старшим братом Борживоя Земана, також кінематографіста, режисера пародійного детектива «Привид замку Моррисвілль». З дитинства любив ляльки і часто влаштовував удома лялькові вистави, навіть заснував свій ляльковий театр, але той проіснував недовго. У Парижі поступив в Художньо-промислову школу. У 1942 році почав працювати в кіноательє в місті Зліне, де створив свій перший анімаційний фільм «Різдвяний сон», отримавши за нього у 1946 році приз за найкращий короткометражний фільм на 1-му Каннському міжнародному кінофестивалі.