Karl Rahner’in asistanı olarak Münih ve Münster üniversitelerinde çalıştı, ancak aynı zamanda Roma’da İkinci Vatikan Konseyi’ni de yakından takip etti. Henüz 32 yaşındayken Mainz’da Katolik Dogmatik ve Teolojik Giriş derslerinin kürsüsüne atandı; üç yıl sonra ise Freiburg’da Dogmatik ve Ekümenik Teoloji profesörlüğünü üstlendi. 1983 yılında Prof. Dr. Dr. Karl Lehmann, Mainz Piskoposu seçildi ve atandı; Mainz Katedrali'nde piskoposluk kutsamasını aldı. 1987'de Alman Piskoposlar Konferansı Başkanı seçildi; 1993 ve 1999'da bu görevde altı yıl daha kalmak üzere yeniden seçildi. 28 Ocak 2001'de Papa II. John Paul, Piskopos Lehmann'ı kardinal olarak atadı. 16 Mayıs 2016'da, Karl Lehmann'ın 80. doğum gününde, Papa Francis, Mainz Piskoposu olarak istifasını kabul etti.

Ana görevlerinin yanı sıra Karl Lehmann birçok başka kurum ve kurulda da faaliyet göstermiştir: 1971 - 1975 yılları arasında Almanya Piskoposlukları Ortak Sinodunda, 1969 - 1983 yılları arasında Alman Katolikler Merkez Komitesinde, 1969'dan günümüze kadar Protestan ve Katolik Teologlar Ekümenik Çalışma Grubunda, 1974-1984 yılları arasında Roma'daki Kutsal Makam'a bağlı Uluslararası Teologlar Komisyonu'nda, 1969'dan bu yana ise Alman Piskoposlar Konferansı'nın İnanç Komisyonu'nda görev almıştır.

Ayrıca Piskoposlar ve Doğu Kiliseleri Kongregasyonu, Hıristiyanların Birliğini Teşvik Etmek için Papalık Konseyi, Mainz Bilim ve Edebiyat Akademisi ve Salzburg Avrupa Bilim Akademisi üyesiydi. 1991'de Innsbruck Üniversitesi ve Washington D.C.'deki Katolik Üniversitesi'nden fahri doktora unvanı aldı, 1994'te İrlanda'daki Maynooth Katolik Üniversitesi'nden, 1997'de Varşova Katolik Teoloji Akademisi'nden, 2000'de Graz'daki Karl-Franzens Üniversitesi İlahiyat Fakültesi'nden ve 2002'de Polonya'daki Opole Üniversitesi'nden fahri doktora unvanı aldı. Piskopos Lehmann, Yıldız ve Omuz Bandı ile Büyük Federal Liyakat Nişanı ve Görres Derneği Onur Yüzüğü sahibiydi. 2004/2005 kampanyasında Aachen Karnaval Derneği tarafından “Ciddiyete Karşı Nişan” ile onurlandırıldı.

2023 yılında Mainz Piskoposluğu, Kilise’deki istismar vakalarında Kardinal Karl Lehmann’ın rolünü eleştirel bir bakış açısıyla inceleyen ve dış uzmanlar tarafından hazırlanan bir rapor yayınladı. Söz konusu EVV Raporu, Piskoposluğun web sitesinde yayınlanmış olup, buradan avukat Ulrich Weber’in web sitesine yönlendiren bir bağlantı aracılığıyla erişilebilir.