Nach seiner Lehrtätigkeit an einer Potsdamer Grundschule und dem pädagogischen Institut im brandenburgischen Kyritz in den 50er Jahren wandte sich Karlheinz Siek vollständig der Rehabilitation von Menschen mit Kommunikationsstörungen zu. Er wurde Lehrer an der Sprachheilschule Potsdam und absolvierte dafür Anfang der 60er Jahre ein sonderpädagogisches Ergänzungsstudium an der Berliner Humboldt-Universität.  

Seit 1964 an der Humboldt-Universität in Lehre und Forschung aktiv, promovierte er 1969 mit einer Arbeit zur Prävention von Sprachstörungen bei Kindern. 1979 erwarb er mit einem Thema zur Lage behinderter Kinder in der Familie die Graduierung zum Dr. sc. Doch weit mehr als jede wissenschaftliche Studie sensibilisierten ihn die aus der Adoption eines zehnjährigen schwerhörigen Jungen resultierenden Erfahrungen für die besonderen Bedürfnisse und Anforderungen in der Förderung behinderter Kinder. Unmittelbar nach seiner Habilitation im Jahr 1979 trat Siek an der Humboldt-Universität Berlin seine Professur für Rehabilitationspädagogik und Sprachheilerziehung an. 1983 übernahm er zudem das Amt des stellvertretenden Direktors für Forschung im Bereich Kommunikationswissenschaft und Rehabilitationspädagogik.

In der Gesellschaft für Rehabilitation (GfR) in der DDR, in der er bereits seit 1964 involviert war, brachte er sein fachliches Wissen u. a. in dem Arbeitsausschuss „Sprachbehinderte Kinder und Jugendliche“ mit ein. Von 1985 bis 1991 war er Vorsitzender der GfR-Sektion „Geschädigte Kinder und Jugendliche“. Nach Auflösung der GfR im Zuge der Wiedervereinigung trat Siek in die DVfR ein. Unter seiner Leitung fand 1993 die erste DVfR-Arbeitstagung in einem neuen Bundesland statt. Seit demselben Jahr war er dem Arbeitsausschuss „Interdisziplinäre Entwicklungsförderung“ verbunden. Von 1996 bis 2004 gehörte er dem DVfR-Hauptvorstand an.

Von 1991 bis 1994 wirkte er am Aufbau des neuen Instituts für Sonderpädagogik an der Universität Potsdam mit, wo er das Fachgebiet Sprachheilkunde/ Sprachheilpädagogik vertrat. Gleichzeitig brachte er Anfang der 90er-Jahre den Brandenburgischen Landesverband für die Rehabilitation der Aphasiker mit auf den Weg und begleitete eine Selbsthilfegruppe von Betroffenen und Angehörigen. Zudem war er als Berater und Kursleiter beim Europäischen Bildungswerk für Beruf und Gesellschaft tätig.

In Anerkennung seiner Arbeit für junge Menschen mit Behinderungen verlieh die DVfR Karlheinz Siek im März 1999 die Ehrenmitgliedschaft auf Lebenszeit. Prof. Karlheinz Siek verstarb im März 2022 im Alter von 89 Jahren.