A békéscsabai születésű Palotai Károly játékos pályafutása Győrben teljesedett ki, ahol bajnoki címet (1963 ősz) és Magyar Népköztársasági Kupát is nyert a zöld-fehérekkel. Az ekkor Győri Vasas ETO néven szereplő csapattal a Bajnokcsapatok Európa Kupájában (BEK) az elődöntőbe jutott az 1964-65-ös kiíírásban, ahol a portugál Benfica győzte le őket.
Palotai Károly tagja volt az 1964-es tokiói olimpián aranyérmes magyar válogatottnak, de három évvel később már játékvezetőként lépett pályára, miután még aktív pályafutása alatt elvégezte a játékvezetői tanfolyamot. Az élvonalban először 1970-ben fújhatta a sípot.
Három világbajnokságon és három olimpián vett részt, két BEK-döntőt, számos rázós mérkőzést bíztak rá. Mindig arra törekedett, hogy bíróként a játékosok partnere legyen a pályán - írja a Nemzeti Sport Online.
Palotai Károly hosszan tartó betegség után, 82 évesen hunyt el.