Происходил из дворян Петербургской губернии, рано остался сиротою и образование получил в Первом Кадетском корпусе.
Жизненный и научный путь
В 1817 году начал службу прапорщиком в артиллерии. В 1819 году граф Аракчеев, заметив в нём выдающиеся способности, взял его в собственную канцелярию. 20 февраля 1822 года по доносу о шутке об Аракчееве, сказанной в среде товарищей, был внезапно отвезён с фельдъегерем в Оренбург и переведён в тамошний гарнизон.
Тут Карелин сошёлся с профессором Казанского университета Эверсманом, начал заниматься ботаникой, зоологией и минералогией и до конца жизни оставался им верен. Необыкновенное остроумие и весёлость нрава при разносторонней учёности доставили ему всеобщую известность и уважение, начиная с генерал-губернатора и кончая простыми казаками.
С 1822 года Карелина посылают в экспедиции с разнородными целями (в 1823 году он принимал участие в экспедиции в степь для топографических съёмок; в 1824 и 1825 годах ездил на сибирские казённые заводы для руководства отливкою снарядов); он пользовался этим для собирания материалов по всевозможным отраслям знаний: по естествознанию, географии, этнографии и пр.
Настоящие научные экспедиции Карелина, однако же, начинаются с 1826 года, когда он по болезни оставил военную службу. В 1828 году он был избран в члены Московского общества испытателей природы. В 1827—1829 годах он составил карту расположения бывшей Букеевской орды, за что в 1829 году получил бриллиантовый перстень.
9 марта 1831 года Карелин был принят на службу в Министерство иностранных дел и назначен состоять при хане Букеевской орды.
В 1831 году был отправлен в экспедицию к истокам Тобола для осмотра и изучения северо-восточной части Киргизской степи.
В 1832 и 1834 году ему поручается отыскание места для постройки и самая постройка укрепления на северо-восточном берегу Каспия. Тут Карелин является начальником целой небольшой флотилии. Он выполнил блистательно возложенное на него поручение, возведя быстро и целесообразно на урочище Кизыл-Таше Новоалександровское укрепление. При этом им собраны богатые естественно-научные коллекции и сделаны топографические съёмки. За успешное выполнение этих поручений Карелин получил, кроме ордена и чина, единовременную награду в 6 000 рублей и пожизненную пенсию в 800 рублей.
В 1836 году он был назначен начальником учёно-торговой экспедиции, имевшей секретные политические поручения, к южным берегам Каспия. Карелин и его спутники нанесли на карту заливы у восточного побережья, в том числе часть берегов Кара-Богаз-Гола, дали его первое описание, окончательно подтвердили наличие сильного течения из моря в этот залив; в Балханском заливе изучали устьевую часть Узбоя — одного из древних русел Аму-Дарьи. В продолжение этой экспедиции Карелину удалось близко сойтись с туркменами-иомудами. Он посетил их кочевья на юго-восточном берегу Каспия и довёл дело до того, что эти туркмены просили принять их в русское подданство. На это не было обращено внимания, а через 40 лет пришлось покорять их оружием.
В 1838 году Карелин переведён был на службу в Министерство финансов.
С 1839 по 1845 год Карелин предпринимал по поручению Московского общества испытателей природы учёные путешествия на Алтай, Тарбагатай, Алатау и в Джунгарию, вместе со своим воспитанником и учеником И. П. Кириловым исследовал Семиречье, верхнее течение Иртыша и его притоков. Результатом этих путешествий было собрание богатых коллекций и снабжение ими музеев и учёных как русских, так и иностранных. В 1841—1842 годах Карелин и Кирилов открыли 8 новых родов и 221 вид растений.
