Figlio del proprietario del circuito di Brno, Karel Abraham si affaccia sulla scena mondiale nel 2005 in 125, dove correrà per due anni prima di passare alla 250 e poi in Moto2 dal 2007 al 2010. Nel 2011 debutta in MotoGP prima con una Ducati e poi con una Honda fino al 2015. Il suo miglior risultato nel Motomondiale è una vittoria, in Moto2, sul circuito di Valencia nel 2010. Nel 2016 passa alla Superbike, sulla BMW del team Milwaukee, ottenendo come miglior risultato il nono posto in Gara1 a Donington Park, e nel 2017 torna nuovamente nella top class del Motomondiale sulla Ducati del Pull & Bear Aspar Team, dove farà coppia con lo spagnolo Alvaro Bautista.