Almanya sınırları içinde kalan ve bağımsız bir federasyon olan Saxonya’nın Leipzig bölgesindeki Wurzen şehrinde, manzara ressamı Louis Gurlitt’in (1812-1879) altı çocuğundan biri olarak dünyaya geldi (1850). Amcası kendisine de ismini veren büyük besteci Cornelius Gurlitt (1820-1901), kardeşi sanat tarihi üzerine çalışmaları olan Wilhelm Gurlitt (1844-1905) ve teyzesi yazar Fanny Lewald’dır (1811-1889). Küçük yaşta iken ailesi, Almanya’nın Gotha şehrine göç ettiği için ilk ve orta öğrenimini burada yaptıktan sonra Berlin Mimarlık Akademisi’ne girdi. Ancak daha önce pratik kazanmak için bir süre sanat okulunda marangozluk ve dülgerlik öğrendi. 1888’de Marie Gerlach ile evlenen Gurlitt’in üç çocuğu vardır. Çocukları müzikolog Wilibald Gurlitt (1891-1963), dışavurumcu ressam Cornelia Gurlitt (1890-1919) ile koleksiyoner ve tarihçi Hildebrand Gurlitt’tir (1895-1956).

Özellikle Avrupa Barok mimarisi üzerine çalışmaları bulunan Gurlitt, orijinal Barok mimarisini öğrenmek üzere İtalya’da bulundu. 1886’nın başlarında İngiltere ve Fransa, 1887’de İtalya ve 1889’da Almanya’da Barok sanatını tanıtan Geschichte der Baukunst serisini yayımladı. 1905’de İstanbul’a ilk kez gelene dek çeşitli müzelerde çalıştı, mimarlık ofisleri açtı ve en son 1895’te Dresden Teknik Üniversitesinde Profesör olarak çalıştı. Burada önceleri küçük sanatlara dair dersler verirken daha sonra mimarlık tarihi, 1902’den itibaren de şehircilik okutmaya başladı. Akademide mimarlık tarihi dersleri veren ve İstanbul camileri hakkında ilk inceleme yazısını yayımlamış kişi olan Friedrich Adler’in etkisi altında kaldı.

1905 senesinde turistik amaçlı olarak İstanbul’a geldi. Ziyareti sırasında kendisinin isteği üzerine Alman Büyükelçisi Marschall von Bieberstein aracılığıyla Sultan Abdulhamid’den özel izin aldı ve İstanbul’daki bütün camileri rölöve ve fotoğraflarla belgeleme imkânı buldu. Hazırladığı eser, Die Baukunst Konstantinopels 1907-1912 yılları arasında Berlin’deki E. Wasmuth Yayınevi tarafından formalar halinde yayımlandı ve adını taşıyan kitap baskısı tamamlandığında biri metin, biri levhalar olmak üzere iki bölüm olarak ciltlenip piyasaya sürüldü. Fotoğraflar, merkezi Berlin’de bulunan Alman Foto Arşivi tarafından o yılların en mükemmel tekniğiyle çekilmiş fotoğraflardır, rölöveler ise beraberinde getirdiği Dresden Teknik Üniversitesinin öğrencileri tarafından çizilerek derlendi. Böylece İstanbul’un Osmanlı yapıları ilk kez bir batılı araştırmacı tarafından yabancı bir dilde rölöve ve fotoğraflarıyla birlikte yayımlandı. Cornelius Gurlitt söz konusu tarihlerde Türk sanatının henüz pek tanınmadığını belirtmekte ve onu İtalyan Rönesans’ının öncüsü olarak görmektedir. Gurlitt İstanbul’dan sonra yeniden Osmanlı topraklarına Edirne ve İznik ile ilgili çalışmalar yapmak üzere geldi.

Leipzig’de resimli kitaplardan meydana gelen Die Kultur başlıklı bir derginin yayımlanmasına öncülük ederken Konstantinopel adlı eserini bu dizinin XXXI. ve XXXII. ciltleri olarak yayımladı. Ayrıca yine İstanbul konulu Konstantinopel und Türkische Kunst, Westermanns Monatshefte (Leipzig 1908), eski resim ve gravürlerin yardımıyla İstanbul’un XVI. yüzyıldaki tarihî topografyasını incelediği ve aynı dergide yayımladığı Zur Topographie Konstantinopels im XVI. Jahrhundert başlıklı makalesi ile Edirne ve İznik’teki bazı mimari eserleri tanıttığı yayınları bulunmaktadır.

Avrupa ve İstanbul hakkındaki çalışmalarının dışında Balkan ülkeleriyle de ilgilenen Gurlitt, Birinci Dünya Savaşı yıllarında yeniden şehircilik alanına yöneldi. Dresden, Zagreb ve Duesseldorf şehir planları ve savaşın tarihi eserlere verdiği zararlar üzerine çalışmalar yapmaya devam etti. 1920’de emekli olan Gurlitt daha sonra Türk sanatına yaptığı hizmetler göz önünde tutularak Türk Tarih Kurumu’na şeref üyesi seçildi. 1938 yılında Almanya’nın Dresden şehrinde hayata gözlerini yumdu.