Après sa mise en service mi- et une campagne d’essais à la mer, il est affecté au 2e groupe de reconnaissance. En 1917, le Königsberg participe à des opérations du côté des îles de la Baltique (Gotland). Le , il prend part à une opération de déminage en mer du Nord. En octobre, il participe à l'opération Albion en jouant toutefois un rôle minime dans l'opération d'invasion des îles russes.
Le Karlsruhe est interné à Scapa Flow en , après l'armistice. L'ordre lui est donné par l'amiral von Reuter de se saborder le à deux heures de l'après-midi. Le navire sombre à 15 h 50. Le navire gît toujours par 26 mètres de fond et n'a pas été renfloué, contrairement à d'autres navires allemands.
Les droits de son épave ont été vendus en 1962. En 2017, des archéologues sous-marins du Orkney Research Center for Archaeology ont mené des enquêtes approfondies sur le Karlsruhe et neuf autres épaves de la région, dont six autres navires de guerre allemands et trois britanniques. Les archéologues ont cartographié les épaves à l'aide d'un sonar et les ont examinées à l'aide d'un ROV dans le cadre d'une étude visant à déterminer le degré de détérioration des épaves.
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