Urodził się 13 marca 1882 r. Zaczynał jako uczeń ślusarski i dopiero mając 16 lat rozpoczął naukę w gimnazjum. Maturę zdał zaocznie. Studia na politechnice we Lwowie ukończył z wyróżnieniem. Później specjalizował się w geometrii wykreślnej. Był jednym z pierwszych w Austrii doktorów nauk technicznych. W 1913 r. otrzymał tytuł profesorski.
W okresie walk polsko-ukraińskich o Lwów na przełomie października i listopada był komendantem jednego z najważniejszych punktów w mieście – Dworca Głównego. W 1919 przez kilka miesięcy był szefem oddziału kolejowego Sztabu Generalnego. Walczył na froncie w wojnie 1920 roku. W gabinetach Leopolda Skulskiego, Władysława Grabskiego i Wincentego Witosa był ministrem kolei.

Od początku niepodległości był aktywny politycznie. Działał w PSL „Wyzwolenie”, uzyskał mandat poselski. W kwietniu 1925 r. wystąpił ze Stronnictwa na znak protestu przeciwko radykalizacji programu, jaka dokonała się na zjeździe PSL w marcu tegoż roku (m.in. postulat reformy rolnej bez odszkodowania), i utworzył wspólnie z późniejszym premierem Marianem Zyndram-Kosciałkowskim oraz Bolesławem Wysłouchem, poselski Klub Pracy. Jesienią tegoż roku Klub Pracy nawiązał kontakty z piłsudczykami, czego efektem była złożona Bartlowi, na kilka miesięcy przed przewrotem, propozycja premierostwa.

W okresie przewrotu majowego Kazimierz Bartel odegrał niebagatelną rolę. Urzędując w Ministerstwie Kolei utrudniał wykorzystanie pociągów przez oddziały wrogie Józefowi Piłsudskiemu. 15 maja 1926 r. został desygnowany na premiera. Kazimierz Bartel w międzyczasie stwierdził, że będzie pełnił swój urząd jedynie do czasu wyboru prezydenta. W tym czasie gabinet prowadził ożywioną działalność, zbierając się co drugi dzień, a nawet codziennie. Premier brał aktywny udział we wszystkich rozmowach na temat prezydentury. To właśnie on podsunął Józefowi Piłsudskiemu kandydaturę Ignacego Mościckiego (obaj byli profesorami Politechniki Lwowskiej). Po wyborze głowy państwa gabinet podał się do dymisji, ale Ignacy Mościcki ponownie powierzył Bartlowi sformowanie gabinetu.

W dniu sformowania rządu (8 czerwca 1926 r.) Józef Piłsudski wystosował list do premiera, w którym przedstawił swoje warunki wejścia do rządu. Marszałek zaradzał przywrócenia dekretu o organizacji najwyższych władz wojskowych z 7 stycznia 1921 r., który pozwalał kierować ministerstwem spraw wojskowych praktycznie poza kontrolą rządu i Sejmu. Rada Ministrów zaakceptowała warunki na swoim pierwszym posiedzeniu w dniu 9 czerwca 1926 r. Podjęła również uchwałę zwiększającą kompetencje prezydenta.

W przeddzień otwarcia obrad parlamentu premier spotkał się z przedstawicielami klubów parlamentarnych. W swoim przemówieniu podkreślił, że jest zwolennikiem parlamentaryzmu, ale najważniejsza dla Polski jest teraz spokojna praca na polu gospodarczym. W swoim przemówieniu do senatorów, Kazimierz Bartel przedstawił program gospodarczy, w którym zaproponował m.in. naprawę biurokracji, odsunięcie wojska od polityki, a także likwidację Ministerstwa Robót Publicznych. Jednocześnie podkreślił, że przed majem nie było w Polsce demokracji, gdyż „rządziła (...) oligarchia i konwektyle przywódców wpływowych klubów”. 2 sierpnia 1926 r. Sejm zaakceptował poprawki do konstytucji zwiększające uprawnienia prezydenta. Lato Rada Ministrów wykorzystała na dokonanie szeregu zmian w administracji państwowej. Wymieniono 11 wojewodów oraz 90 starostów.

Na pierwszym po wakacjach posiedzeniu Sejmu (20 września 1926 r.) Chrześcijańska Demokracja zgłosiła wniosek o odwołanie dwóch ministrów z gabinetu Bartla, zarzucając im przeprowadzenie czystek w administracji. Wywołało to niepokój w obozie rządzącym. Toteż następnego dnia Kazimierz Bartel udał się na konsultacje do przebywającego w Druskiennikach Józefa Piłsudskiego. Ten pozakonstytucyjny system konsultacji doskonale oddaje sposób sprawowania władzy.

Na kolejnym posiedzeniu Sejmu, w trzy dni później, przegłosowano wspomniane wotum nieufności wobec dwóch ministrów, co spowodowało dymisję całego gabinetu. W dniu następnym premier ponownie udał się do Druskiennik. Po powrocie, 27 września, przedstawił prezydentowi skład nowego gabinetu. Był on identyczny z tym, który kilka dni wcześniej podał się do dymisji. Formalnie wszystko było zgodne z prawem, zaś w rzeczywistości było naigrywaniem się z parlamentu, który miał zebrać się 30 września.

Tegoż dnia, w Belwederze zebrała się Rada Gabinetowa, która podjęła decyzję o rozwiązaniu parlamentu. Premier otrzymał odpowiedni dokument, na którym brakowało podpisu prezydenta. Bartel poinformował marszałka Sejmu Macieja Rataja, iż w przypadku uchwalenia przez Izbę cięć budżetowych (czego domagał się Senat), odczyta dekret o rozwiązaniu parlamentu. Sejm podjął decyzję zgodne z sugestiami Senatu. Postępując zgodnie z wcześniejszymi wskazówkami, premier zgłosił się do prezydenta w celu podpisania dekretu o rozwiązaniu parlamentu. Ku swojemu wielkiemu zdziwieniu, Mościcki odmówił podpisu. Miało to być uzgodnione z Marszałkiem. Bartlowi nie pozostało nic innego, jak zgłosić Marszałkowi Ratajowi, że rząd podaje się do dymisji, która została przyjęta. Premier był bardzo rozgoryczony instrumentalnym traktowaniem przez Marszałka. Zachowanie Piłsudskiego pokazywało, jak lekceważy sobie Sejm.
Dzień później podano, iż nowym premierem będzie sam Piłsudski. Był to szok dla lewicy, która miała nadzieję, że Marszałek w ramach „drugiego etapu przewrotu majowego” rozwiąże parlament i rozpisze nowe wybory. W nowym gabinecie Kazimierz Bartel objął stanowisko wicepremiera oraz ministra wyznań religijnych i oświecenia publicznego.

W dniu powołania na stanowisko premiera Józef Piłsudski wraz z Bartlem udał się z kurtuazyjną wizytą do Marszałka Sejmu Macieja Rataja. Wizytę rozpoczął od stwierdzenia, że w przeciwieństwie do Bartla nie będzie „bawił się z panami z Sejmu’ i „nie pozwoli na żadne figle”. Scena ta pokazuje na rolę Bartla w rządach pomajowych. Był on czymś w rodzaju „dyżurnego liberała” Marszałka.

W okresie premierostwa Piłsudskiego Kazimierz Bartel w praktyce przewodził codziennej pracy Rady Ministrów. Był w tym okresie jednym z najbliższych współpracowników Piłsudskiego. Marszałek wykorzystywał wicepremiera jako pośrednika między sobą a marszałkiem Sejmu. Często były to misje niezbyt wdzięczne, ponieważ Piłsudski dążył do osłabienia pozycji parlamentu poprzez różnorakie zabiegi interpretacji przepisów. Wicepremier wypowiadał się na forum parlamentu jako główny przedstawiciel rządu w dyskusjach budżetowych. Debaty te miały duże znaczenie, ponieważ opozycja uważała, że konfrontacja z rządem ma najwięcej szans w tej właśnie dziedzinie. Kulminacją walki z parlamentem były wybory w marcu 1928 r. Przyniosły one zwycięstwo piłsudczykom reprezentowanym przez Bezpartyjny Blok Współpracy z Rządem. BBWR uzyskał 25 proc. głosów, co dało mu 30 proc. mandatów w parlamencie.

Bezpośrednio po wyborach, Komendant powiedział swoim współpracownikom, że na marszałka Sejmu wyznaczył dotychczasowego wicepremiera Kazimierza Bartla. To oświadczenie miało taką moc, że zarówno Bartel, jak i część opinii publicznej przekonana była, iż wola Marszałka zostanie uszanowana. 27 marca klub BBWR zgłosił kandydaturę Bartla. Wprawdzie obóz narodowy, Ukraińcy oraz PPS zgłosili swoich kandydatów, ale wszyscy ci pretendenci traktowani jako demonstracja, a nie realna przeciwwaga dla Bartla. Wszelkie te rachuby okazały się nietrafione, gdyż marszałkiem Sejmu nowej kadencji został Ignacy Daszyński. Po ogłoszeniu wyników wyborów, rząd oraz parlamentarzyści BBWR opuścili salę obrad.

W kilka tygodni później, zgodnie ze zwyczajem, Józef Piłsudski – wobec ukonstytuowania się nowego parlamentu – podał się do dymisji, a na swego następcę desygnował Kazimierza Bartla. W praktyce osoba kierująca na co dzień pracami Rady Ministrów nie zmieniła się.
Tymczasem na horyzoncie pojawiła się nowa płaszczyzna konfliktu. Podczas debaty nad zatwierdzeniem budżetu za lata 1927-1928 posłowie opozycji wykryli, że minister skarbu Gabriel Czechowicz przekazał 8 mln złotych na cele kampanii propagandowej BBWR. Problem był dla sanacji na tyle kłopotliwy, że jednym z jej czołowych haseł było odrodzenie moralne życia politycznego. Posłowie opozycyjni złożyli 12 lutego 1929 r. wniosek o postawienie ministra przed Trybunał Stanu. Mimo protestów BBWR wniosek przeszedł. Konflikt narastał. 5 kwietnia prasa zamieściła oświadczenie premiera, że wobec trudności współpracy z Sejmem nosi się od pewnego czasu z zamiarem podania się do dymisji. Bartel nawiązał także do sprawy Czechowicza, określając ją jako „krzywdę wyrządzoną przez Sejm parlamentaryzmowi.

13 kwietnia tegoż roku obóz rządowy zdecydował się na ostrą demonstrację. Kazimierz Bartel wraz z całym gabinetem podął się do dymisji. Na czele nowego gabinetu stanął jeden z „pułkowników” – Kazimierz Świtalski. Objecie przez niego urzędu premiera miało być ostrzeżeniem dla opozycji.
Tymczasem w kraju narastało napięcie w stosunkach rządu z opozycją. Kształtował się Centrolew. 31 października doszło do kolejnego incydentu w Sejmie (obecność wojskowych w kuluarach), który spowodował, że marszałek Daszyński nie otworzył tego dnia sesji. Ostatecznie parlament rozpoczął obrady dopiero 5 listopada 1929 r. Jednak prezydent odroczył obrady o 30 dni. Miesiąc później, bezpośrednio po rozpoczęciu obrad opozycja złożyła wniosek o wotum nieufności wobec rządu Kazimierza Świtalskiego. Mimo obrony rządu przez BBWR wniosek przeszedł. Rozpoczęło się przesilenie rządowe. Prezydent Mościcki przedłużył konsultacje rządowe, aż do 29 grudnia tegoż roku, kiedy Kazimierz Bartel został premierem. Objął on tę funkcję z dużymi oporami. Był wtedy dość poważnie chory na nerki i zniechęcony dotychczasowymi doświadczeniami do tej funkcji. Ustąpił wobec żądań Józefa Piłsudskiego. 10 stycznia 1930 r. premier przybył na posiedzenie Sejmu. „Przychodzę z dobrą wolą” – stwierdził nawołując do znalezienia płaszczyzny, która by połączyła obie strony konfliktu w pracy na rzecz państwa. Spokój nie trwał jednak długo. Po przyjęciu budżetu pojednawczy kurs wobec parlamentu przestał być koniecznością.

Pierwszy krok ku nowej próbie sił wykonała opozycja. Opozycja zaś na wniosek PPS uchwaliła wotum nieufności dla ministra pracy i opieki społecznej, Aleksandra Prystora, niepopularnego z powodu likwidacji samorządu ubezpieczeniowego. Bartel uznał to za policzek dla całego rządu i 15 marca gabinet podał się do dymisji.
Ostatnim gestem politycznym Kazimierza Bartla było złożenie mandatu poselskiego. Powrócił do Lwowa na Politechnikę. W 1937 r. został mianowany przez prezydenta senatorem. Jednak nie odegrał istotnej roli w parlamencie. Jesienią 1938 r. podpisał memoriał wskazujący potrzebę dopuszczenia do rządu stronnictw opozycyjnych oraz ogłoszenia amnestii wobec „emigrantów brzeskich”. To właśnie Bartel wręczył Ignacemu Mościckiemu ten memoriał, ale prezydent w krótkiej rozmowie nie nawiązał do treści listu.

Wybuch II wojny światowej zastał go we Lwowie. W nowej sytuacji politycznej, jaka się wytworzyła po zajęciu wschodnich ziem II RP przez ZSRR, pracował nadal na Politechnice. Po wkroczeniu Niemców w 1941 r. 26 lipca został zabrany z domu i rozstrzelany.