1881年5月11日，西奥多·冯·卡门出生于匈牙利布达佩斯的一个犹太家庭。后来他进入了父亲创办的明塔中学，在校的最后一年获得了Eötvös奖。
1899年，进入位于布达佩斯皇家约瑟夫技术大学学习工程学。
1902年，从皇家约瑟夫技术大学毕业，获得机械工程学位，毕业论文为《圆端由水平面支撑的重杆运动》；同年，进入奥匈帝国军队，担任了一年炮兵学员。
1903年—1906年，在皇家约瑟夫技术大学担任助理。
1906年，移居德意志帝国，进入德国哥廷根大学攻读博士学位，师从现代流体力学开拓者之一的路德维希·普朗特教授，但未及获得学位便去了巴黎大学。在法国期间与飞行家亨利·法尔芒的对话将他引上了毕生从事航空航天气动力学研究的道路。之后路德维希·普朗特邀请他到哥廷根大学去担任助手，从事教学和研究飞艇的工作，并继续攻读博士学位。
1908年，获得哥廷根大学博士学位，研究论题为《大型结构屈曲的数学模型》，之后留校任教4年。
1913年，接受邀请担任亚琛工业大学航空学院院长。
1919年，第一次世界大战结束后，携带母亲和妹妹约瑟芬回到亚琛。
1926年，受到时任加州理工学院校长罗伯特·安德鲁·密立根的邀请，帮助该校建立航空实验室，建造风洞。
1930年，加州理工学院正式向他提供了古根海姆航空实验室主任的全职位置，同时担心德国纳粹主义的迫害，西奥多·冯·卡门与母亲和妹妹一起搬到了美国南加州洛杉矶，指导古根海姆气动力实验室和加州理工大学第一个风洞的设计和建设。
1936年，加入美国籍；同年，领导实验室开始研究导弹。
1938年，当选为美国国家科学院院士。
1943年11月，喷气推进实验室根据与美国陆军的合同在加州理工学院正式挂牌，西奥多·冯·卡门从其五年前的初创阶段起就兼任实验室主任。
1944年12月1日，陆军航空队正式成立了科学顾问组，西奥多·冯·卡门担任组长。
1945年，西奥多·冯·卡门受命以少将军衔率领美国空军顾问团一行36人，赶赴德国考察纳粹德国秘密研究火箭技术的情况。返回美国后，先写出一份《我们在何处》的考察报告，对比了美国、德国在战争期间的科技发展，并指出美国已有可能研制射程达9600千米的导弹。接着，又拿出了名为《通向新地平线》的第二份报告。
1948年，当选为美国艺术与科学院院士。
1963年5月6日，在前往亚琛的路上逝世，享年82岁。
西奥多·冯·卡门在哥廷根大学从事过微观的物理和力学研究。在宏观的流体力学和空气动力学，他的研究包括非弹性屈曲、环圆柱流中的非定常尾流、层流稳定性、湍流、稳定和非定常流中的翼型、边界层和超音速空气动力学理论。也涉及到其他领域，包括弹性、振动、传热和晶体学等。
1915年—1918年，第一次世界大战期间，西奥多·冯·卡门在奥匈帝国军队服役时设计了早期的直升机Petróczy-Kármán-Žurovec。
西奥多·冯·卡门在理论和工程应用中做了开创性的工作，他的名字也出现在许多概念中，比如：
冯·卡门涡街
福普尔-冯卡门方程
玻恩-冯·卡曼边界条件
玻恩–冯·卡门晶格模型
查普利金-卡门-钱近似
法尔科维奇-卡门方程
冯·卡门常量
卡门线
冯·卡门-加布里埃利图
卡门-豪沃思方程
卡门-彭纳通量分数
卡门-尼古拉兹校正
卡门-波尔豪森参数
Kármán–Treffz变换
普朗特-冯卡门定律
冯·卡门动量积分
冯·卡门·奥戈
冯·卡门应变
冯·卡门风湍流模型
卡门-钱学森公式
涡流脱落
冯·卡门涡流
1899年，获得明塔中学Eötvös奖。
1938年，当选美国国家科学院院士。
1941年，当选美国哲学学会会士。
1948年，获得富兰克林奖章。
1948年，当选美国艺术与科学院院士。
1957年，获得路德维希-普朗特环（第一位获得者）。
1963年2月，获得美国国家科学勋章（第一枚）。
1968年，入选国际航空航天名人堂。
1983年，入选俄亥俄州代顿的国家航空名人堂。
2005年，当选阿诺德工程发展中心名誉院士。
1968年，美国工业与应用数学学会设立并颁发西奥多·冯·卡门奖，旨在表彰在获奖前五到十年内数学在力学和/或工程科学中的显着应用。该奖项可以颁发给一个人的重大成就或可能由多个贡献者完成的重要工作。
1983年，国际宇航科学院设立并颁发西奥多·冯·卡门奖，以表彰在任何科学分支（基础科学、工程科学、生命科学或社会科学）中取得的杰出终身成就，不分国籍，每年颁发一次。
1977年，亚琛工业大学将新建的演讲厅命名为“卡门礼堂”，以纪念西奥多·冯·卡门在亚琛工业大学航空学院的杰出研究贡献。
1992年8月3日，西奥多·冯·卡门的祖国匈牙利发行了一枚纪念他的邮票。
1992年8月31日，美国也发行了一枚西奥多·冯·卡门纪念邮票。
2002年，Lisunov Li-2飞机（注册号HA-LIX）被命名为Kármán Tódor。
在加利福尼亚州尔湾市，在欧文商业中心的中心有一条五英里长的街道，以西奥多·冯·卡门的名字命名。
冯·卡门撞击坑位于月球背面南极艾特肯盆地中部，是整个太阳系中最古老的撞击坑，年龄大约为36亿年，其保存了原始月壳的岩石，并可能含有水。1970年被国际天文学联合会批准接受。
