Ebenso wie seine Schwestern Marie Oesterley und Luise Oesterley[1] erhielt Carl seinen ersten Zeichenunterricht von seinem Vater Carl Oesterley senior (1805–1891). Er besuchte das Polytechnikum in Hannover und ging 1857 auf die Kunstakademie Düsseldorf, wo er sich unter Ernst Deger und Eduard Bendemann für die religiöse Malerei ausbildete. Während eines Aufenthalts in Lübeck, wo er 1865 Hans MemlingsGreveraden-Altar kopierte, begann er sich für die Landschafts- und Architekturmalerei zu interessieren. Er malte Landschaften an der Wakenitz und Lübecker Architekturen. Seine wiederholten Studienreisen nach Norwegen, die er seit 1870 fast jährlich unternahm, regten ihn zu einer Reihe von Bildern aus der nordischen Landschaft an. Er betätigte sich auch als Porträtmaler. Er lebte seit 1885 Blankenese bei Hamburg. Er war Mitglied des Hamburger Künstlervereins von 1832.
Oesterley wird auch international auf dem Kunstmarkt gehandelt, zum Beispiel in Deutschland und in den Vereinigten Staaten. Während Gemälde des kleineren Formats (Öl/Lw; 28 × 39 cm) bei Ketterer für 800 € geschätzt werden, erreichen großformatige Werke auch 3000 € Schätzpreis. Seine naturalistischen Werke sind weitaus häufiger anzutreffen als die impressionistischen. Letztere sind Raritäten. Er signierte seinen Vornamen mit „C“ oder „K“. Oesterley junior wurde auf dem Friedhof Blankenese beigesetzt. Die Grabstätte existiert nicht mehr, der Grabstein steht heute im dortigen Grabsteinfreilichtmuseum.
Seine durch Glanz des Kolorits und der Beleuchtung sowie durch großartige Auffassung ausgezeichneten Hauptwerke sind:
Mitternachtstimmung bei den Lofoten
Norwegische Gebirgsschlucht
Romsdalsfjord, norwegischer Fjord
Raftsund im nördlichen Norwegen (1879, Museum in Breslau)
Am Saltenfjord (1882, Kunsthalle in Hamburg)
Lodenwand (1885, Berliner Nationalgalerie)
Norwegischer Waldweiher (1891, Museum in Hannover)
Fischer im Fjord (1892)
Nordische Sommernacht
Oldenvand im Nordfjord
Loenvand (1895)
Der Geirangerfjord (1898)
Bauernhof
Blankenese (1906)
Hamburg-Uhlenhorst mit dem Uhlenhorster Fährhaus
Arbeiten im Museumsbesitz
Neben zahlreichen wichtigen nationalen sowie internationalen Sammlungen, fanden Oesterleys Werke unter anderem auch in folgenden Institutionen ihren Platz, darunter Museen in Breslau, Braunschweig, Leipzig oder Lübeck in der städtischen Galerie Mannheim (An der Wakenitz zu Lübeck):
Oesterley, 2) Karl August Heinrich Ferdinand, jun. In: Arvid Ahnfelt (Hrsg.): Europas konstnärer: alfabetiskt ordnade biografier öfver vårt århundrades förnämsta artister. Oskar L. Lamms Förlag, Stockholm 1887, S.423 (schwedisch, runeberg.org).
Oesterley, Karl. In: George Edwin Rines (Hrsg.): The Encyclopedia Americana. Band20: Naval Observatory – Orleans. Encyclopedia Americana Corp., New York / Chicago 1920 (Volltext [Wikisource]).
Professor Carl Oesterley der Jüngere. Eine Festgabe zu des Künstlers 80. Geburtstag 23. Januar 1919. Mit 1 Porträt des Künstlers nach dem Leben gemalt von Sophus Hansen und 1 Vorwort von E. G. Erich Lorenz. Krone, Hamburg 1919. 34 S. u. 22 Abb.