1786年からバイロイト辺境伯の標本庫(markgräflichen Naturalienkabinetts:現在の州立カールスルーエ自然史博物館、Staatliches Museum für Naturkunde Karlsruhe)の館長となり、現在のカールスルーエ植物園のもとを作った。1782年にドイツの科学アカデミーレオポルディーナの会員に選ばれた[1]。1794年に、革命戦争により標本庫はアンスバッハに移されたので1797年までアンスバッハに移った。研究分野は植物学、動物学、鉱物学、地質学、火山学に及んだ。
1784 - Consideratio generalis filicum / quam ... solemni eruditorum examini submittit Carolus Christianus Gmelin; Erlangae : Kunstmann, 1784.
ab 1805 -Flora Badensis Alsatica et confinium regionum Cis et Transrhenana : plantas a lacu Bodamico usque ad confluentem Mosellae et Rheni sponte nascentes exhibens secundum systema sexuale cum iconibus ad naturam delineatis / auctore Carolo Christiano Gmelin. – Carlsruhae - Band: 1 (1805). Band: 2 (1806). Band: 3 (1808). Band: 4 Supplementa cum Indicibus. - 1826.
1806 - Gemeinnützige systematische Naturgeschichte für gebildete Leser; Nach d. Linneischen Natursystem entworfen von Carl Christian Gmelin; Mannheim: Neues Industrie-Contor, 1806.
1809 - Ueber den Einfluß der Naturwissenschaft auf das gesammte Staatswohl : vorzüglich auf Land und Zeit berechnet; nebst Vorschlägen zur Anpflanzung entsprechender Surrogate für die kostbaren Colonialwaaren als ... / von C. C. Gmelin. - Carlsruhe : Müller, 1809. - XX, 434 S.; (dt.)
1811 - Hortus magni ducis Badensis Carlsruhanus : nomina si nescis, periit cognitio rerum / [Gmelin]. - Carlsruhae : Typis Macklotianis, 1811. - X, 288 S.; (lat.)
1817 - Nothhülfe gegen Mangel aus Mißwachs oder Beschreibung wildwachsender Pflanzen welche bei Mangel der angebauten als ergiebige und gesunde Nahrung für Menschen und Thiere gebraucht werden können : Nebst Vorschlägen den Folgen des Mißwachses vorzubeugen und die Landes-Kultur zu verbessern / Von Carl Christian Gmelin. - Carlsruhe : C. F. Müller, 1817. - XIV, 322 S.; (dt.)
1818 - Gemeinnützige systematische Naturgeschichte der Fische für gebildete Leser : nach dem Linneischen Natursystem / entworfen von Carl Christian Gmelin. - Mannheim : Nehdeck, 1818. - X, 383 S., 113 Taf. : zahlr. Ill.; (dt.)
1825 - Beschreibung der Milchblätter-Schwämme im Grossherzogtum Baden und dessen nächsten Umgebungen, als Beitrag zur Toxicologie / Vom Verfasser der Flora Badensis Alsat. et confin. Regionum; Karlsruhe, 1825; mit 1 color Tafel.