Karol Modzelewski w 1964 r. został wraz z Jackiem Kuroniem wydalony z PZPR, którą krytykował za odejście od socjalistycznych ideałów. W latach 1965-1967 więzień polityczny, w marcu 1968 r. - jeden z inicjatorów protestu studentów w Warszawie. 

Od 1980 r. członek "Solidarności", pierwszy rzecznik prasowy zwiazku, w stanie wojennym internowany, zwolniony w 1984 r. Senator I kadencji (1989-1991), współtwórca m.in. Unii Pracy. 

Przez wiele lat związany był z Polską Akademią Nauk, której w latach 2007-2010 był wiceprezesem.

W 1998 r. wraz z Jackiem Kuroniem odznaczony Orderem Orła Białego. Laureat Nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej (2007)