Neuberg étudie la chimie à l'université de Berlin, où il passe sa thèse de doctorat en 1900. Il devient privatdocent en 1903 et Titularprofessor (titre de professeur ne donnant pas droit à un poste) à l'institut de pathologie en 1906.
Cette même année 1906, peu de temps après la parution du Biochemical Journal en Grande-Bretagne, il publie Biochemische Zeitschrift.
Il dirige l'institut de physiologie animal de la Landwirtschaftlichen Hochschule à Berlin entre 1909 et 1913. Il devient professeur en 1916 à l'université de Berlin.
À partir de 1913, il dirige l'institut de biochimie et thérapie expérimental du Kaiser-Wilhelm-Instituts (aujourd'hui Instituts für Biochemie à l'Université libre de Berlin). Cet institut est renommé en institut de biochimie en 1925. Il y reste directeur jusqu'à en être expulsé par les Nazis en 1934. Son successeur est Adolf Butenandt.
Il est ensuite professeur à Jérusalem et New York.
Albert Albu u. Carl Neuberg: Physiologie und Pathologie des Mineralstoffwechsels : nebst Tabellen über die Mineralstoffzusammensetzung der menschlichen Nahrungs - und Genussmittel, sowie der Mineralbrunnen und -Bäder. Berlin: Springer, 1906
Carl Neuberg [Hrsg.]: Der Harn sowie die übrigen Ausscheidungen und Körperflüssigkeiten von Mensch und Tier : ihre Untersuchung und Zusammensetzung in normalen u. pathologischen Zustande ; ein Handbuch für Ärzte, Chemiker und Pharmazeuten. Berlin: Springer, 1911
Carl Neuberg u. Bruno Rewald: Kohlenhydrate. In: Biochemisches Handlexikon, S. [255] - 526. Berlin: Springer, 1911
Ekkehard Hieronimus(de): Carl Neuberg, in: Leben und Schicksal. Zur Einweihung der Synagoge in Hannover, mit Fotos von Hermann Friedrich u. a., Hrsg.: Landeshauptstadt Hannover, Presseamt, in Zusammenarbeit mit der Jüdischen Gemeinde Hannover e.V., Hannover: [Beeck in Kommission], [1963], S. 176–181