Лэндис, урождённая Фрэнсис Лиллиан Мэри Ридст, родилась в Висконсине 1 января 1919. Её отцом был норвежец Альфред Ридст, а матерью — полька Клара Стентек Ридст. Её отец бросил семью ещё до рождения дочери и воспитанием Фрэнсис занимался её отчим Чарльз Феннер.
Ещё в юности, благодаря привлекательной внешности, она часто становилась победительницей на различных конкурсах красоты, а в 15 лет бросила школу и решила начать карьеру в шоу-бизнесе.
Перед своим дебютом в 1937 году в фильме «Звезда родилась» она работала певицей и танцовщицей а одном из ночных клубов Сан-Франциско. После этого она окрасилась в блондинку и изменила имя на Кэрол Лэндис, в честь своей любимой актрисы Кэрол Ломбард. В конце 1930-х годов она много снималась на студии Warner Brothers, но лишь в эпизодических ролях, а первый успех к ней пришёл после выхода на экраны фильма «Миллион лет до нашей эры» (1940).
В начале 1940-х годов Кэрол подписала контракт с 20th Century Fox. Там она познакомилась с продюсером Дэррилом Ф. Зануком, с которым у неё начался роман. Благодаря ему Лэндис получила роли во многих знаменитых фильмах того времени, включая «Луна над Майами» (1941) и «Ночной кошмар» (1941). После того как их связь прекратилась карьера Лэндис пошла на спад и она переместилась на второстепенные роли в фильмах категории «B».
Во время Второй мировой войны Лэндис много фотографировалась в качестве pin-up girl на плакаты для военнослужащих. Помимо этого она часто давала фронтовые концерты: в 1942 году она вместе с Кэй Фрэнсис выступала в Англии и Северной Африке, а двумя годами позже развлекала военных на юге Тихого океана. За все годы войны Кэрол проехала с концертами более 100,000 миль, более чем любая другая актриса. После войны она написала несколько статей для газет и журналов, где рассказывала о своих путешествиях в военные годы.
В 1945 году Лэндис исполнила главную роль в бродвейской постановке Жаклин Сюзанн «Дама говорит да». Кэрол часто страдала от депрессий и несколько раз пыталась покончить с собой. Из-за этого её карьера стала угасать, а брак с бродвейским продюсером В. Хорейсом Шмидлапом распался.
Спустя некоторое время у неё начался роман с актёром Рексом Харрисом. После того как он отказался бросить семью ради неё 5 июля 1948 года Кэрол покончила жизнь самоубийством.
За свой вклад в киноискусство Кэрол Лэндис удостоена звезды на Голливудской аллее славы на Вайн-стрит 1765.