Pada tahun 1892 keluarganya pindah kembali ke Swiss di mana di Zürich ia belajar kimia bersama Alfred Werner dan mendapat gelar PhD pada tahun 1911. Ia mengambil posisi sebagai kimiawan dengan Paul Ehrlich di Georg Speyer Haus, Frankfurt. Pada tahun 1919 ia menjadi profesor di Universitas Zürich.
Penelitian awal Karrer berkenaan dengan senyawa logam kompleks, tetapi karyanya paling penting adalah pigmen tumbuhan, khususnya karotenoid kuning. Ia menjelaskan struktur kimiawinya di mana senyawa itu diubah dalam tubuh menjadi vitamin A. Karyanya menimbulkan jalan menuju formula beta-karoten yang benar; prekursor utama vitamin A; saat itu kali pertama struktur vitamin atau provitamin ditentukan. George Wald bekerja dalam masa yang singkat di laboratorium Karrer dan mempelajari peran vitamin A pada retina. Kemudian Karrer mempelajari struktur asam askorbat (vitamin C) dan memperluas penelitiannya ke vitamin B2 dan E. Sumbangan besarnya dalam kimia adalah flavin yang menimbulkan pengenalan laktoflavin sebagai bagian kompleks itu yang awalnya diperkirakan vitamin B2.
