Af Heurlinin vanhemmat olivat lakitieteen kandidaatti, tilanomistaja Lauri af Heurlin ja näyttelijä Elli Tompuri. Hän pääsi ylioppilaaksi 1932 ja valmistui filosofian maisteriksi 1936. Af Heurlin toimi sitten maanviljelijänä Espoossa vuodesta 1940 lähtien.
Af Heurlin oli sosialidemokraattien kansanedustajana 1966–1970 edustaen Uudenmaan läänin vaalipiiriä. Hän oli presidentin valitsijamiehenä vuoden 1968 presidentinvaaleissa ja toimi kunnallispolitiikassa Espoon kunnanvaltuuston ja kauppalanvaltuuston varapuheenjohtajana sekä Espoon kauppalanhallituksen jäsenenä. Hän kuului Pohjoismaiden neuvoston Suomen valtuuskuntaan ja oli muun muassa Helsingin seutukaavaliiton liittohallituksen ja Suomen Työväen Säästöpankin hallituksen jäsenenä. Hän sai maakuntaneuvoksen arvon vuonna 1982.[1]
Af Heurlin oli naimisissa vuodesta 1941 Ulla Pia Meri Zilliacuksen kanssa.[1] Hänen veljensä oli kansantalouden professori Lauri af Heurlin.[2]
Julkaisuja
Yhdysvaltain puolueettomuuspolitiikka (1941)
Suomennoksia
Niccolò Machiavelli : Valtiollisia mietelmiä ; suomentanut Kaarlo af Heurlin. WSOY 1958, 2. painos 1998, 3. painos 2001 (vuonna 1531 ilmestynyt italiankielinen alkuteos Discorsi sopra la prima deca di Tito Livio)
