Simonyi Károly 1916-os születésekor semmi nem utalt arra, hogy egyszer Magyarország egyik legnagyobb tudósa válik majd belőle. A Sopron megyei Egyházasfaluban született szegény parasztcsalád hetedik gyerekeként. Szerencsére a falu plébánosa felfigyelt a kortársai közül kimagasló intellektusú fiúcskára, és meggyőzte a jobb módú pesti rokonait, legfőképpen a korábbi miniszterelnök Simonyi-Semadam Sándort, hogy támogassák a kis diák tanulmányait. Simonyi-Semadam lánya és veje, Mayer Miksa, aki a Ganz-gépgyár mérnöke és Kandó Kálmán jó ismerőse volt, nevelőszülőként magához is vette Károlyt, s beíratta az óbudai Árpád Reálgimnáziumba.
Még nagyobb hatást gyakorolt Simonyira, amikor Mayer a kezébe adta a Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok számait, bennük olyan feladatokkal, amelyek végre valóban próbára tehették a fizika és a műszaki tudományok iránt egyre mélyebb érdeklődést mutató tanulót. Ekkor már bátyját, Ernőt is a Mayer család nevelte, a két Simonyi pedig házibajnokságokat rendezett a folyóiratban közölt példák megoldásából. Ezeket rendre elküldték a lap szerkesztőjének, ő pedig 1931-ben – a legjobb megoldónak járó jutalomként – címlapra tette Károly portréját. Ekkor ismerhette meg Simonyi Károly nevét és arcvonásait először a fizika és a matematika iránt elkötelezett honi közösség.
Érettségi után a Budapesti Műszaki Egyetem gépészmérnöki szakára iratkozott be, amelyet 1940-ben végzett el. Közben azonban, mintegy passzióként, Pécsett jogi diplomát is szerzett. Fokozatszerzése után azonnal a Műegyetem atomfizikai tanszékének munkatársa lett, és tudományos pályája bizonnyal villámgyorsan ívelt volna felfelé, ha nem jön közbe a világháború. Az atomfizikai tanszék munkatársait Bay Zoltán vezetésével hadi szolgálatra rendelték: radart kellett fejleszteniük. Bay mindezt a fontos megbízatást arra használta fel, hogy védelmet nyújtson a Műegyetem sok zsidó származású tudósának (Bayt ezért halála után a Világ Igazai közé választotta az izraeli Jad Vasem-intézet). De az alapvető fontosságú tudományos munka csak ideig-óráig óvhatta meg a munkatársakat az elhurcolástól és a frontszolgálattól. Simonyi így csakhamar a harcmezőn, majd amerikai, később szovjet hadifogságban találta magát, ahonnan negyven kilóra lefogyva tért haza.