À la fin des années 1950, le grand-père de Karim, Da Lakehal Benzema, quitte le village de Tighzert — commune de Beni Djellil, région de Béjaïa en Kabylie (Algérie) — pour s'installer à Lyon avec sa famille. Son père Hafid est né à Tighzert alors que sa mère, Wahida Djebbara, naît et grandit à Lyon dans une famille originaire d'Oran. Septième enfant de la fratrie, Karim a trois frères et cinq sœurs avec lesquels il grandit à Bron, dans la banlieue lyonnaise, et suit ses études au collège Saint-Louis-Saint-Bruno à Lyon. Ses deux frères cadets Gressy et Sabri Benzema sont également footballeurs dans les ligues amateurs. Son cousin éloigné Samir Benzema, est un mannequin (élu Mister Rhône) et candidat d'émissions de télé-réalité. Il a notamment participé à L'Île des vérités (2012), Les Anges de la téléréalité (2013), Hollywood Girls (2013-2014) et Les Princes de l'amour (2014-2015).