Karl Garzarolli-Thurnlackh studierte in Wien und Graz Kunstgeschichte sowie Geschichte und promovierte 1920 an der Universität Graz. Seine berufliche Karriere begann er 1919 als Bibliothekar am Grazer Kunsthistorischen Institut und wurde noch im selben Jahr von der Steiermärkischen Landesregierung als provisorischer Assistent an das Kupferstichkabinett am Joanneum berufen. 1923 übernahm er die provisorische Leitung der Gemäldegalerie, die daraufhin mit dem Kupferstichkabinett, dem er seit 1920 vorgestanden war, zur Landesbildergalerie zusammengelegt wurde. Als definitiver Leiter ab 1924 nutzte Garzarolli-Thurnlackh sein berufliches Netzwerk und erreichte mit Unterstützung des damaligen Landeskonservators Walter Semetkowski 1935 die Verabschiedung eines eigenen Landesverfassungsgesetzes, das es ermöglichte, den steirischen Stiften Steuerschulden zu erlassen, sofern diese im Gegenzug bereit waren, Kunstwerke in das Landeseigentum zu übertragen. In der Folge kamen mittelalterliche Kunst- und Kulturgüter aus den Stiften St. Lambrecht und Admont an das Joanneum. Die beiden Stifte wurden nach dem "Anschluss" Österreichs an das Deutsche Reich 1938 beschlagnahmt und zahlreiche Kunstgegenstände der Stiftssammlungen der Landesbildergalerie zur Verwahrung übergeben. Da Garzarolli-Thurnlackhs Kritik an der Beschlagnahme des Gutsbesitzes bzw. der kommissarischen Verwaltung des Stiftes Admont vom Reichsstatthalter als "Staatsverrat" ausgelegt wurde, erfolgte seine Entlassung am 19. März 1939. Nach seiner Rehabilitierung durch den Reichskommissar für die Wiedervereinigung Österreichs mit dem Deutschen Reich Josef Bürckel wurde er ab 30. Jänner 1940 wieder eingestellt und übernahm nach der Trennung der Landesbildergalerie in Alte und Neue Galerie im Juni 1941 die Leitung der Alten Galerie und Skulpturensammlung. In dieser Funktion gelang ihm der Ausbau der Bestände mit Schwerpunkt auf gotische Tafelbilder und Plastiken. Garzarolli-Thurnlackh erweiterte das Inventar um zahlreiche Kunstgegenstände, die verfolgten Wiener und Grazer SammlerInnen, z. B. Alphonse und Louis Rothschild, Oscar Bondy, Rudolf Gutmann, Valerie Eisler, Albert Pollak und Robert Spira, entzogen worden waren. Mehrfach reiste er nach Wien, um seine Erwerbungswünsche aus den sichergestellten bzw. beschlagnahmten Sammlungen abzugeben. Nachweisbar sind zudem Absprachen zwischen ihm und dem Direktor der Österreichischen Galerie Bruno Grimschitz im Jahr 1942 hinsichtlich der Erwerbung der Ölskizze Apotheose des heiligen Kajetan von Jakob Zanusi. Der Leiter der Kunstabteilung des Dorotheums in Wien Hans Herbst hatte das Werk, das 1940 von der Vugesta nach der Beschlagnahmung des "Umzugsgutes" des verfolgten August Blumberg zum Verkauf an das Dorotheum übermittelt worden war, beiden Museumsvorständen angeboten. Garzarolli-Thurnlackh überließ Bruno Grimschitz den Vortritt, der das Gemälde für die Österreichische Galerie ankaufte – es sollte 2009 zur Rückgabe an die ErbInnen nach Blumberg empfohlen werden. Als Vorstand der Alten Galerie und Skulpturensammlung hatte er die Bergung der Bestände zu verantworten. Nebenberuflich agierte Garzarolli-Thurnlackh seit 1938 als gerichtlich beeideter Sachverständiger für allgemeine Kunst in Graz. Von November 1944 bis Ende April 1945 war Garzarolli-Thurnlackh beim Volkssturm.

Nach Kriegsende übernahm er im Mai 1945 die provisorische Leitung der Neuen Galerie des Joanneums, da sich Hans Riehl, der diese seit 1941 innegehabt hatte, wegen seiner vormaligen Mitgliedschaft bei der NSDAP kurzfristig aus der Leitungsfunktion zurückziehen musste. Im Oktober 1946 kuratierte Garzarolli-Thurnlackh gemeinsam mit Fritz Novotny und Ignaz Schlosser die Ausstellung Österreichische Kunst vom Mittelalter bis zur Gegenwart im Staatlichen Kunstgewerbemuseum in Wien (heute MAK). Im selben Jahr habilitierte er sich an der Universität Graz und begann seine Tätigkeit als Leiter der Wiener Albertina. 1947 wechselte er an die Österreichische Galerie, wo seine Direktion mit der Aufgabe verbunden war, diese zu einem Museum österreichischer Kunst auszubauen. Während seiner Funktion als Direktor war Garzarolli-Thurnlackh mit der Abwicklung von Rückstellungsanträgen, etwa von Victor Ephrussi, Alma Mahler-Werfel und Robert Pollak bzw. deren RechtsnachfolgerInnen, betraut. Gleichzeitig betrieb er wie auch schon sein Vorgänger Bruno Grimschitz den Erwerb qualitativ hochwertiger Kunstwerke aus den Beständen ehemals verfolgter Wiener SammlerInnen. So gelangten 1948 die Klimt-Werke Häuser in Unterach am Attersee sowie Birken- und Buchenwald aus der Sammlung Bloch-Bauer in den Bestand der Österreichischen Galerie, sie sollten 2006 nach einem Schiedsgerichtentscheid an die ErbInnen nach Ferdinand Bloch-Bauer restituiert werden. 1950 verständigte der Rechtsanwalt Christian Broda Garzarolli-Thurnlackh über die Deponierung von Werken aus der ehemaligen Sammlung Heinrich Riegers bei der Wiener Spedition Hausner & Co., der daraufhin den Erwerb einiger Bilder von den Rieger-ErbInnen durch die Österreichische Galerie einleitete. Darunter befand sich auch das irrtümlich an die ErbInnengemeinschaft Rieger restituierte, de facto aber aus dem Eigentum der Inhaberin der Wiener Galerie Würthle, Lea Bondi-Jaray, stammende Bildnis Wally von Egon Schiele, das 1954 auf dem Tauschweg in die Sammlung Leopold gelangen sollte. 1953/54 verantwortete Garzarolli-Thurnlackh die Neukonzeption der Sammlungsaufstellungen im Oberen und Unteren Belvedere, darunter das neueingerichtete Museum mittelalterlicher Kunst in der Orangerie. Zudem richtete er eine Restaurierwerkstätte unter der Leitung des Restaurators und Malers Wilhelm Kainz ein. Bis zu seiner Pensionierung 1959 bekleidete er das Direktorenamt und lehrte zudem an der philosophischen Fakultät in Graz allgemeine Kunstgeschichte.