1896年4月27日，卡罗瑟斯出生于美国 艾奥瓦州伯灵顿。卡罗瑟斯的父亲在得梅因商学院任教，后来担任过该院的副院长。受父亲的影响，卡罗瑟斯18岁时进入该院学习会计，但他对这一专业并不感兴趣，倒是很喜欢化学等自然科学，因此，1915以后开始在一所规模较小的学院学习化学。并与1920年获理学学士学位。

1921年，卡罗瑟斯在伊利诺伊大学取得硕士学位，而后到南达柯他大学任教，讲授分析化学和物理化学。在任教期间，卡罗瑟斯的研究论文因被美国化学会志接受并发表而成为了他独立科研生涯的开端。在这篇文章的研究工作中卡罗瑟斯测定了 苯基异氰酸酯(C6H5-N=C=O)和叠氮基苯(C6H5-N=N=N)的物理性质，由于两种物质测得的物理性质非常相似，使得卡罗瑟斯得出结论认为叠氮基苯分子中的叠氮基结构应该是三个氮原子呈直链排列而非过去认为的环状结构。

1923年又回到伊利诺伊大学攻读有机化学专业的博士学位。在导师 罗杰·亚当斯(Roger Adams,1889～1971）教授的指导下,完成了关于铂黑催化氢化的论文，初步显露了他的才华，获得博士学位后随即留校工作。

1926年到哈佛大学教授有机化学。

1928年 杜邦公司在特拉华州威尔明顿的总部所在地成立了基础化学研究所，年仅32岁的卡罗瑟斯博士受聘担任该所有机化学部的负责人。1936年2月21日他和Helen Sweetman结婚，并于该年4月30日成为第一位被选入美国科学院的工业化学家。1937年卡罗瑟斯喝下有氰化钾的橘汁而自杀。

1930年卡罗瑟斯用乙二醇和癸二酸缩合制取聚酯，在实验中卡罗瑟斯的同事希尔在从反应器中取出熔融的聚酯时发现了一种有趣的现象：这种熔融的聚合物能像棉花糖那样抽出丝来，而且这种纤维状的细丝即使冷却后还能继续拉伸，拉伸长度可以达到原来的几倍，经过冷拉伸后纤维的强度和弹性大大增加。这种从未有过的现象使他们预感到这种特性可能具有重大的应用价值，有可能用熔融的聚合物来纺制纤维。他们随后又对一系列的聚酯化合物进行了深入的研究。由于当时所研究的聚酯都是脂肪酸和脂肪醇的聚合物，具有易水解、熔点低（<100℃）、易溶解在有机溶剂中等缺点，卡罗瑟斯因此得出了聚酯不具备制取合成纤维的错误结论，最终放弃了对聚酯的研究。顺便指出，就在卡罗瑟斯放弃了这一研究以后，英国的温费尔德(T.R.Whinfield,1901-1966)在汲取这些研究成果的基础上，改用芳香族羧酸(对苯二甲酸)与二元醇进行缩聚反应，1940年合成了聚酯纤维——涤纶，这对卡罗瑟斯不能不说是一件很遗憾的事情。

1935年初卡罗瑟斯决定用戊二胺和癸二酸合成聚酰胺（即聚酰胺510），实验结果表明，这种聚酰胺拉制的纤维其强度和弹性超过了蚕丝，而且不易吸水，很难溶，不足之处是熔点较低，所用原料价格很高，还不适宜于商品生产。紧接着卡罗瑟斯又选择了己二胺和己二酸进行缩聚反应，终于在1935年2月28日合成出聚酰胺66。这种聚合物不溶于普通溶剂，具有263℃的高熔点，由于在结构和性质上更接近天然丝，拉制的纤维具有丝的外观和光泽，其耐磨性和强度超过当时任何一种纤维，而且原料价格也比较便宜，杜邦公司决定进行商品生产开发。

1938年7月杜邦公司完成了对聚酰胺纤维的中试，同月用聚酰胺66作牙刷毛的牙刷开始投放市场。

1938年10月27日杜邦公司正式宣布世界上第一种合成纤维正式诞生了，并将聚酰胺66这种合成纤维命名为尼龙（nylon），这个词后来在英语中变成了聚酰胺类合成纤维的通用商品名称。

杜邦公司从高聚物的基础研究开始历时11年，耗投2200万美元，有230名专家参加了有关的工作，终于在1939年底实现了工业化生产。

然而遗憾的是尼龙的发明人卡罗瑟斯没能看到尼龙的诞生。

卡罗瑟斯生活一向消极，精神抑郁，据说他从事高分子研究之初，就在自己的上衣口袋里随身携带了一颗剧毒氰化钾，他说，一旦自己失败了，就随时吞下它。1936年，卡罗瑟斯获得诺贝尔奖提名，但并没有最终获奖，他于是认为自己作为一个科学家，实在是一个失败者，这个念头一直缠绕着他，使他无法摆脱。加之1936年他喜爱的孪生姐姐去世，使他的心情更加沉重，这位在聚合物化学领域作出了杰出贡献的化学家，于1937年4月29日在美国费城一家饭店的房间里饮用了掺有氰化钾的柠檬汁而自杀身亡。

为了纪念卡罗瑟斯的功绩，1946年杜邦公司将乌米尔特工厂的尼龙研究室改名为卡罗瑟斯研究室。

需要提出的是，卡罗瑟斯的学生Paul J. Flory (1910-1985)，在总结研究卡罗瑟斯的基础上，出版了影响整个世界的《高分子化学原理》一书，该书依然是今天高分子领域主要的理论基础。1974年，Paul J. Flory获诺贝尔化学奖。