1881年5月11日，馮·卡門在匈牙利出生。孩提時代的馮·卡門，就顯露出天賦。他6歲能心算五位與六位數字的乘法，9歲入明達中學。17歲時，馮·卡門以中學優等生資格進入約瑟夫皇家工業大學。一個偶然的機會，他發現有一種發動機在運轉達到某一速度時，便顫動，噪音很大。經過觀察與研究，他很快把這一現象提煉成一個數學表達公式，並推導出解決辦法，受到機械學教授彭基的高度評價。
大學畢業後，馮·卡門在軍隊服務一年，接著便成了彭基教授的助手。期間，他精確化了“歐拉壓杆”這一當時著名的難題。25歲時，他獲得匈牙利科學院獎學金，到了世界科學聖地——哥廷根，投師於哥廷根大學的路德維希·普朗特門下。在普朗特的指導下，馮·卡門對非彈性杆彎曲現象作了一係列研究。1908年，他獲得博士學位。之後，去巴黎考察。不久，普朗特來信，請他去哥廷根大學做助手。他愉快地接受了邀請，開始了他航空科學家的生涯。
當時，普朗特正在從事流體邊界層分離現象的研究。馮·卡門到哥廷根大學後，對這一現象非常重視。判明流體在圓柱後麵形成的兩排交叉的渦旋是穩定的。他就此寫了兩篇出色的論文。由於有人把這一現象戲稱為“卡門渦街”。這一發現成為流體力學中的一次重大發現。
在哥廷根呆了4年之後，馮·卡門回匈牙利一所礦業學院當上了教授。不久，他來到亞琛工學院。第一次世界大戰後，他曾在匈牙利蘇維埃共和國教育部工作過一段時間，其後10年時間主要是在亞琛工學院任教授。1912—1929年，他擔任德國亞琛航空學院院長。
馮·卡門的聲望扶搖直上。1922年至1926年，他主持召開了三次國際應用力學會議。期間，通過他的努力，至今仍被人們稱作流體力學中最大難題的“湍流”問題獲得了第一次重大進展。在1922年的會議上，馮·卡門首次提出“湍流”概念，並初步闡明了它的理論基礎。在1924年的會議上，普朗特把氣體分子運動論的觀點移用到這一問題上，馮·卡門又從更加普遍的角度對普朗特的研究進行深入探討，提出了新的理論概念。在1926年的會議上，馮·卡門作了題為“湍流中的力學相似”的報告，獲得很大成功。
1926年，美國加州理工學院決定把原來的航空小組擴大為航空研究生院，並興建一個實驗室(簡稱GALCIT)。1929年，具有猶太血統的馮·卡門前往美國，出任GALCIT的主任。兩年後，美國航空科學院創建。
1930年到1942年，馮·卡門在流體力學、湍流理論、超聲速飛行、工程數學、飛機結構和土壤風蝕等方麵，都有重要貢獻，他的有關流體力學的出版物幾乎統治了整個流體力學領域，GALCIT因此成為國際流體力學的研究中心。他為GALCIT培養的學生，遍布五大洲。