W latach 1928–1939 piastuje stanowisko zastępcy kierownika w Instytucie Badań Materiałów Uzbrojenia w Warszawie.

Po wybuchu II wojny światowej i agresji ZSRR na Polskę (17 września 1939), w nieznanych okolicznościach dostał się do niewoli sowieckiej. Od kwietnia 1940 przebywał w obozie jenieckim w Kozielsku. Między 3 a 5 kwietnia został przekazany do dyspozycji naczelnika Zarządu NKWD Obwodu Smoleńskiego – lista wywózkowa z 2 kwietnia 1940 bez numeru. Między 4 a 7 kwietnia 1940 został zamordowany w Katyniu przez funkcjonariuszy Obwodowego Zarządu NKWD w Smoleńsku oraz pracowników NKWD przybyłych z Moskwy na mocy decyzji Biura Politycznego KC WKP(b) z 5 marca 1940. Ofiary tej zbrodni grzebano w bezimiennych mogiłach zbiorowych, gdzie od 28 lipca 2000 mieści się oficjalnie Polski Cmentarz Wojenny w Katyniu. W miejscu tym prowadzone były ekshumacje i prace archeologiczne, jednak Witold Aleksander Karolewski nie został zidentyfikowany.

Był żonaty z Zofią Bylcówną, z którą miał czworo dzieci.