W wieku sześciu lat rozpoczął treningi zapasów w stylu klasycznym pod przewodnictwem swojego ojca Karela Vémoli i trenera Vojtěcha Smoláka w organizacji Sokół, której nadal jest członkiem[4].
Od 10 do 16 roku życia zdobył sześć narodowych tytułów w zapasach, a także odniósł jednorazowe zwycięstwo w Drużynowych Mistrzostw Republiki Czeskiej jako członek młodzieżowej drużyny zapaśniczej z Karniowa[5].
Vémola zadebiutował w mieszanych sztukach walki 24 lutego 2008 roku podczas gali CFC 2, zwyciężając poddaniem (duszenie zza pleców) z Patriciem Carrollem po 44 sekundach pierwszej rundy. Następne 5 walk wygrywał przez technicznie nokauty (TKO) lub poddania, tocząc pojedynki także dla Cage Fighters Championship, i zdobywając dwukrotnie pasy CFC w wadze ciężkiej[1].
6 listopada 2010 zawalczył jednorazowo (do czasu powrotu w 2013) dla brytyjskiej promocji Ultimate Challenge MMA(inne języki). Vémola znokautował tam Anglika, Petera Yendalla w 49 sekund[1].
UFC
Jeszcze tego samego roku związał się z najlepszą federacją MMA na świecie Ultimate Fighting Championship. Debiut dla amerykańskiej organizacji odbył 3 lipca podczas gali UFC 116: Lesnar vs Carwin, tocząc walkę z również niepokonanym Jonem Madsenem. Pojedynek dotrwał pełen trzyrundowy dystans, po którym to sędziowie punktowi przyznali jednogłośne zwycięstwo (x3 30-27) Amerykanowi, zapewniając Vémoli pierwszą porażkę w karierze[7]. Po swojej pierwszej zawodowej porażce, Vémola zdecydował się zejść do dywizji wagi półciężkiej (do -93 kg). Ponad cztery miesiące później w drugiej walce dla UFC znokautował w pierwszej rundzie ciosami w parterze Setha Petruzelliego podczas gali UFC 122: Marquardt vs. Okami[8]. To zwycięstwo zapewniło Vémoli dodatkowe wyróżnienie przez federację w postacie bonusu finansowego (60 tys. $) za najlepszy nokaut wieczoru tej gali[9].
W 2011 roku stoczył tylko jedną, przegraną walkę na pełnym dystansie z Brazylijczykiem, Ronnym Markesem na gali UFC Live: Hardy vs. Lytle[10]. Po tej przegranej przeszedł do wagi średniej (do 83,9 kg).
5 maja 2012 podczas gali UFC on Fox 3: Diaz kontra Miller zacisnął w drugiej rundzie duszenie zza pleców Mike’owi Massenzio, po którym ten musiał odklepać[11]. W dwóch następnych walkach Vémola sam odnosił porażki tą techniką, przegrywając z Francisem Carmontem (11 lipca 2012, UFC on Fuel TV: Munoz vs Weidman)[12] oraz Caio Magalhãesem (8 czerwca 2013, UFC on Fuel TV: Nogueira vs Werdum 2)[13]. Dwie ostatnie porażki zadecydowały o zwolnieniu Vémoli z UFC.
Powrót do UCMMA i walki w Czechach
W swojej pierwszej walce po UFC, związał się ponownie z Ultimate Challenge MMA. Vémola 3 sierpnia 2013 na gali UCMMA 38 zdobył pas mistrza wagi średniej, pokonując ówczesnego mistrza Dennistona Sutherlanda przez jednogłośną decyzję[14].
Dwie następne walki stoczył poza UCMMA, sięgając po pasy mistrzowskie; MMA Arena oraz Gladiator Championship Fighting. Najpierw 10 listopada 2013 na Arena MMAA 2 udusił do nieprzytomności duszeniem północ-południe Petra Kníže w trzeciej rundzie, a następnie 7 grudnia 2013 podczas gali GCF 26: Fight Night zmusił do poddanie się po zaciśnięciu duszenia zza pleców Tomášowi Kuželi. Oba pojedynki odbyły się w Pradze[1].
W lutym 2014 na UCMMA 38 miał zmierzyć się z Egipcjaninem, Mahmoudem Salamą, jednak ten wycofał się z walki. Nowym rywalem Vémoli na tym wydarzeniu został Anglik, Marvin Campbellą. Terminator zwyciężył poddaniem kimurą już w pierwszej rundzie. Starcie nie miało statusu mistrzowskiego[15].
7 marca 2014 podczas wydarzenie MMAA Arena 3 przystąpił do pierwszej obrony pasa MMA Arena w kategorii średniej. Vémola po trzech rundach zwyciężył z reprezentantem Polski, Piotrem Strusem, zachowując tytuł[16].
2 maja 2015 na UCMMA 43 zdobył pas mistrzowski Ultimate Challenge MMA w wyższej kategorii (półciężkiej), poddając Anglika Carla Kinslowa duszeniem północ-południe po ponad minucie walki[17]. Czternaście dni później (16 maj) tą samą techniką pokonał Austriaka, Davida Marcina na gali Fusion: First Class Fight Night Series 1[1].
WFS i NoW
Karlos Vémola tuż przed walką z Jackiem Hermanssonem podczas gali „Warrior Fight Series 4”.
Następne dwa pojedynki zwyciężył w pierwszych rundach dla czeskiej federacji Night of Warriors. Najpierw 5 listopada 2016 podczas gali Night of Warriors 10 robił łokciami Austriaka, Dritana Barjamaja, zdobywając przy tym pas mistrzowski wadze do -96 kg[19][20]. Ponad rok później (11 listopada 2017) na Night of Warriors 12 skończył uderzeniami w parterze innego reprezentanta Austrii, Maximiliana Bajlitza[1].
XFN
7 grudnia 2017 podczas walki wieczoru gali XFN 6: Ondruš vs. Vémola zdobył pas mistrzowski amerykańskiej federacji Xtreme Fighting Nation w kategorii półciężkiej, poddając Petra Ondruša duszeniem zza pleców w pierwszej odsłonie rundowej[21]. Do pierwszej obrony tytułu wagi półciężkiej przystąpił niespełna trzy miesiące później podczas wydarzenia XFN 8: Vémola vs. Sloane (7 grudnia 2018), gdzie pokonał taką samą techniką Anglika, Jamiego Sloane'a[22].
28 czerwca 2018 na XFN 11: Back to the O2 Arena pokonał na pełnym dystansie decyzją jednogłośną Patrika Kincla. Walka odbyła się w wadze średniej i nie toczyła się o pas XFN w wadze półciężkiej[23].
6 października 2018 podczas XFN 12 wygrał przez TKO w drugiej rundzie z Mateuszem Ostrowskim, rozbijając po obaleniu Polaka ciosami w parterze[24][25].
18 listopada 2018 na XFN 14 w słowackiej Bratysławie pokonał jednogłośnie na punkty bardziej doświadczonego Francuza, Moise Ribona. Walka ponownie toczyła się w wadze średniej[26].
Jeszcze w tym samym roku Vémola wypełnił kontrakt z Xtreme Fighting Nation i na grudniowej gali XFN 15 technicznie znokautował w parterze Brazylijczyka, Flavio Rodrigo Magona, po niespełna 2 minutach pierwszej rundy[27][28].
Dalsze walki dla Oktagon MMA
5 grudnia 2020, w walce zwieńczającej galę Oktagon 19 poddał w pierwszej rundzie Czecha, Václava Mikuláška[29].
Niecały miesiąc później, na gali Oktagon 20, które odbyło się 30 grudnia 2020 zdobył pas mistrzowski wagi średniej, pokonując jednogłośną decyzją sędziów Alexa Lohoré[30][31].
27 marca 2021 przystąpił do pierwszej obrony mistrzowskiego pasa wagi średniej, mierząc się z Milanem Ďatelinką. Vémola na ważeniu przed walką nie osiągnął wymaganego limitu kategorii średniej, przez co pozbawiono go pasa oraz nałożono na niego karę finansową[32]. Pomimo utraty pasa zwyciężył przez poddanie w pierwszej rundzie[33].
Podczas gali Oktagon 34, która odbyła się 23 lipca 2022 zdobył pas mistrzowski Oktagon MMA w wadze półciężkiej, poddając duszeniem trójkątnym rękoma Serba, Aleksandara Ilicia[36][37].
30 grudnia 2022 na gali Oktagon 38 w stolicy Czech miało dojść do rewanżowego pojedynku między Vémolą, a mistrzem kategorii średniej, Patrikiem Kinclem, którego stawką miał być pas Czecha[38]. Na początku grudnia w mediach czesko-słowackiej organizacji ogłoszono, że Vémola musiał wycofać się z pojedynku z powodu problemów zdrowotnych[39].
16 marca 2023 na Oktagon 41 w Libercu zmierzył się w konfrontacji z Amerykaninem, Alem Matavao'em[40]. Zwyciężył przez poddanie w pierwszej rundzie[41].
Do mistrzowskiego rewanżu z Patrikiem Kinclem doszło ostatecznie 20 maja 2023 w Pradze na gali Oktagon 43[42]. Po 25 minutach przegrał jednogłośną decyzją sędziów[43].
29 lipca 2023 w drugiej, głównej walce wieczoru gali Oktagon 45 stoczył pojedynek z reprezentantem Argentyny, Lucasem Alsiną[44]. Zwyciężył to starcie jednogłośną decyzją sędziowską[45].
W następnej walce, którą stoczył 7 października 2023 podczas głównego wydarzenia Oktagon 47 w Bratysławie, przystąpił do pierwszej obrony tytułu w dywizji półciężkiej. Rywalem Vémoli był tymczasowy mistrz, Pavol Langer[46]. Zwyciężył błyskawicznie już w 7 sekundzie pojedynku, naruszając rywala mocnym ciosem wyprowadzonym z lewej ręki[47].
Podczas imprezy Oktagon 51, która odbyła się 29 grudnia 2023 w praskiej O2 Arenie, zawalczy z byłym tymczasowym mistrzem, Samuelem Krištoficiem[48]. Vémola mimo pozycji dużego faworyta przegrał ten pojedynek przez nokaut w rundzie pierwszej[49].
8 czerwca 2024 w walce wieczoru gali Oktagon 58 przystąpił po raz drugi do obrony pasa w kategorii półciężkiej, gdzie podjął w rewanżowym starciu Attilę Végha[50]. W drugiej rundzie poddał Słowaka duszeniem trójkątnym rękoma, tym samym rewanżując mu się za porażkę z 2019 roku[51].
Oczekiwano, że pięć miesięcy później stoczy swój kolejny rewanż, tym razem z Samuelem Krištoficiem. Do starcia Vémoli z Krištoficiem miało dojść 9 listopada 2024 podczas walki wieńczącej galę Oktagon 63[52]. Ostatecznie Krištofič wycofał się z walki z powodu kontuzji, a Vémola został bez przeciwnika i do walki nie doszło[53].
W 2017 roku skontaktował się z Słowaczką modelką, Lele Ceterovą (ur. 4 czerwca 1989 w Żylinie) za pośrednictwem sieci społecznościowej Instagrama[55][56]. Znajomość ta doprowadziła do ich do związku, a kochankowie mieszkali na przemian w Pradze i Londynie[55], gdzie przez długi czas mieszkał Vémola[57]. W 2019 roku Ceterová zaszła w ciążę z Vémolą, a dziecko miało urodzić się na początku następnego roku (2020)[58]. Ostatecznie jednak ciąża zakończyła się przedwczesnym porodem i 18 grudnia 2019 roku para doczekała się córki, Lily[59]. Ich drugim dzieckiem był syn Rocky, który urodził się 1 grudnia 2021[60]. 28 lipca 2022 Ceterová i Vémola odbyli ceremonię ślubną w praskiej Občanská plovárna. Ślubu nowemu małżeństwu udzielił aktor Jiří Krampol[61].
