Karl Leidlmair studierte Philosophie und Psychologie an der Universität Innsbruck und Mainz und promovierte 1979 an der philosophischen Fakultät in Innsbruck. Nach der Promotion war er von 1980-1981 in der EDV-Abteilung der Tiroler Landesregierung sowie von 1981-1992 als Softwareberater am EDV-Zentrum der Universität Innsbruck mit den Zuständigkeitsbereichen Statistiksoftware und Datenbanksysteme tätig. Seit 1983 war er Lehrbeauftragter an der Universität Innsbruck sowie an der Universität Salzburg und absolvierte von März bis Mai 1989 einen Forschungsaufenthalt am IRST (Istituto per la Ricerca scientifica e tecnologica) in Trento/Italy. Karl Leidlmair habilitierte sich 1990 an der Theologischen Fakultät der Universität Salzburg zum Thema: „Künstliche Intelligenz und Heidegger: über den Zwiespalt von Natur und Geist“. Zwischen 1990-1994 war er (co)Director of the International Summer Schools in Philosophy and Artificial Intelligence (Bozen, Italy) sowie von 1993 bis 1996 als wissenschaftlicher Mitarbeiter am IFF (Institut für Interdisziplinäre Forschung und Fortbildung der Universität Innsbruck, Klagenfurt und Wien) im Fachbereich Technik und Wissenschaftsforschung tätig. Seit Mai 1996 bekleidete er eine wissenschaftliche Stelle am Institut für Psychologie und wurde 1997 zum außerordentlichen Universitätsprofessor ernannt. Er übernahm während seiner Zeit am Institut mehrere Funktionen u.a. von 2008 bis 2017 die Institutsleitung.
In seiner Arbeit befasste er sich mit Themen der Cognitive Science und der Theoretischen Psychologie. Zentral war die Frage, inwiefern die Computermodelle des Geistes bzw. der algorithmische Kognitivismus und das gängige Modell der Informationsverarbeitung in der Kognitiven Psychologie unangemessen und fehlerhaft sind und nicht entsprechend realisieren, dass die geistigen Tätigkeiten des Menschen immer schon situiert und „embodied“ sind. Die Forschung von Leidlmair schließt außerdem an die Debatte um den „Neuen Realismus“ an und entwickelt auf der Basis der Philosophie von Martin Heidegger Alternativvorschläge zum kulturellen Relativismus. Des Weiteren befasste er sich mit der medianpsychologischen Analyse der Chat-Kommunikation unter den spezifischen Merkmalen der computervermittelten Kommunikation und dem Einfluss der medialen Umgebung auf die Entwicklung von sozialen, kognitiven und emotionalen Prozessen.
