Sebbene avesse iniziato studiando legge, la sua passione per il cielo lo portò rapidamente verso l'astronomia e la fisica, discipline che insegnò all'Università di Monaco per quasi vent'anni. Il suo genio era pratico quanto teorico: nel 1839, contemporaneamente a
Talbot e
Daguerre, sviluppò in modo indipendente un processo fotografico utilizzando il cloruro d'argento per produrre i primi negativi su carta, catturando immagini della cattedrale di Monaco con una camera di cartone autocostruita.
Nel 1846 giunse a Napoli, incaricato dal governo borbonico di riformare e installare il nuovo sistema di pesi e misure. Ma fu nel campo delle telecomunicazioni che lasciò un segno indelebile: progettò la rete telegrafica dell'Impero Austro-Ungarico e, dal 1851, quella svizzera, introducendo innovazioni come l'uso della terra come conduttore di ritorno, riducendo drasticamente i costi di cablaggio.
Ritornato a Monaco, dopo aver ricoperto gli incarichi di conservatore delle collezioni fisico-matematiche e di segretario presso il ministero del commercio bavarese, fondò la società
C. A. Steinheil und Söhne per la costruzione di strumenti ottici e astronomici; a lui si deve l'invezione del fotometro a rifrazione.
La ditta passò nel 1862 ai figli Hugo Adolph (1832-1893 ) ed Eduard (1830-1878) e poi del nipote Rudolph (1865-1930), figlio di Adoph, che ne diventò proprietario nel 1892. Dopo alterne vicende societarie e il passaggio attraverso le generazioni, l'eredità di Steinheil è confluita nella moderna ingegneria geodetica a Ismaning, confermando una continuità tecnologica durata oltre un secolo e mezzo.