Родился в семьи чиновника. Образование получил в Высшей технической школе Мюнхена, сохранив увлечение техникой на всю жизнь. Cмолоду занимался также живописью, изучал германистику. С 1904 г. стал профессиональным писателем, ободренный успехами своих первых романов: «Йестер и Ли», «Ингеборг», «Море». Написанные в значительной мере под влиянием скандинавской литературы, особенно К. Гамсуна, они ставят проблему взаимоотношений человека и цивилизации, человека и природы. В эти года Келлерман подолгу жил в Швейцарии, Париже, на бретонском острове Вессан. В 1907—1908 гг. осуществил путешествие в Японию, Россию, США. К этому же периоду принадлежат его первые работы в жанре дорожного очерка: «Прогулка по Японии», «Японские танцы».
В 1913 г. Келлерман издал роман «Туннель», который принес писателю мировую славу. Роман был переведен на многие языки мира, экранизирован. В самой Германии его много раз переиздавали. В центре сюжета — история строительства подводного туннеля между Америкой и Европой. Идея этого фантастического проекта приходит в голову молодому инженеру Мак Аллану. Для осуществления грандиозного плана нужны огромные деньги. На страницах романа появляются миллиардер Ллойд, финансист Вульф. В историю туннеля вплетаются истории человеческих судеб, с ним связанных. Келлерман не был писателем-«технократом», за каждой машиной он видел человека. Прокладывание туннеля ведется неистовыми темпами, не берется к вниманию ни техника безопасности, ни жизнь рабочих.
Происходит катастрофа, вследствие которой гибнут тысячи людей. Повествование начинается как поэма, которая прославляет прогресс, но постепенно становится прозаичной. 24 года понадобилось на строительство. Сам Мак Аллан превратился из мечтателя, преисполненного юношеского запала, в утомленного, душевно опустошенного деда, он не может радоваться победе, ради которой принесено столько жертв. Изменения, которые с ним происходят, оттеняются двумя женскими персонажами. Мод — первая жена Мака, влюбленная в искусство, гибнет, растерзанная вместе с дочкой взбешенной толпой рабочих. Етель — дочка Ллойда, капризная, корыстная, практичная, становится второй женой Аллана.
Во время Первой мировой войны Келлерман служил в армии корреспондентом одной из центральных газет. Публикации его отличались двойственным отношением к войне: героизация фронтовой жизни объединялась с изображением страхов войны. Ноябрьская революция 1918 г. в Германии изменила мировоззрение писателя, сделала его более радикальным. В романе «9 ноября» («Der 9. November», 1920) он безжалостно разоблачает войну, тупость правящей верхушки, антинародную сущность немецкого юнкерства. Образы борцов-революционеров, особенно Карла Аккермана, созданы в экспрессионистской манере.
Проблеме революции Келлерман посвятил и следующие свои произведения, написанные в 20-х гг.: «Мюнстерские выкресты» («Die Wiederlaufer von Milnster», 1925), драму, в которой отобразилось разочарование писателя в немецкой буржуазной революции, и роман «Брат Шелленберг» («Die Briider Schellenberg», 1925), где изобразил преисполненную. социальных контрастов послевоенную жизнь и воплотил свою мечту о всенародном благосостоянии.
В основу роман положена концепция экономического преодоления классовых разногласий. Главный герой — Михаель Шелленберг, ученый-химик, создал общество «Новая Германия», в которое вошли люди, воплощающие в своей деятельности творческую работу всей наций. Роман внутренне полемичен относительно популярной к тому времени доктрины
В период с 1933 г. (времени фашистского переворота) и до 1945 г. Келлерман находился на позициях т.н. «внутренней эмиграции», оказывая пассивное сопротивление гитлеровскому режиму. Его неоднократно старались привлечь к сотрудничеству, шантажировали, в ответ на отказ сожгли роман «9 ноября», не разрешали экранизацию произведений. Несмотря на это, Келлерман продолжал работать. В 1932 г. он написал роман «Город Анатоль» («Die Stadt Anatol»), в котором показал обобщенный образ города, охваченный предпринимательской лихорадкой, приводящей людей к полнейшей потере моральных принципов.
В романе «Песня дружбы» («Lied der Freundschaft», 1935) он снова обратился к теории «жизненного пространства» с целью ее развенчания. В центре повествования — хутор Борн и его жители. Главный герой — Герман Фасбиндер вместе со своими фронтовыми друзьями возрождает его к новой жизни. Здесь снова появляется мысль о творческой работе как основе бытия.
В 1938 г. Келлерман издал роман «Голубая лента» («Das blau Band»), временем действия которого стало дофашистское прошлое. «Реальной подоплекой» произведения стали обстоятельства гибели английского парохода «Титаник» в апреле 1912 г. при столкновенье в Атлантике с айсбергом. Автор снова возвращается к проблеме технического прогресса. Прекрасное восьмиэтажное океанское судно «Космос», оборудованное по последнему слову техники, провозглашено непотопляемым. И чем захватывающе описывает Келлерман творение умных и талантливых кораблестроителей, тем страшнее гибель «Космоса» в водах океана, вызванная не только тем, что, как и в истории с «Титаником», владельцы пароходной компании гонятся за т.н. «голубой лентой океана» — международной эмблемой быстроходности. Пароход-гигант будто превращается в главного героя романа, судьба которого трагична: его создает человеческий гений и руки трудолюбивых строителей, а гонят насмерть те, кто правит миром. Основу сюжета книги представляет история первого и последнего рейса «Космоса». Эта история имеет немало ответвлений — в них автор повествует о разнообразных человеческих судьбах. «Население» корабля — это своеобразный срез современного общества. Экскурсы в прошлое героев, которые углубляют их характеристики, расширяют временные рамки повествования, выводят его далеко за границы трехдневного рейса. После выхода романа в мир пресса замалчивала его, как и «Песню дружбы». Когда К. уже во время Второй мировой войны написал киносценарий «Голубой ленты», то его запретили, хотя в это время уже были экранизированы романы «Море», «Туннель», «Брат Шеленберг», «Город Анатоль».
После войны Келлерман принимал деятельное участие в культурно-политической жизни своей страны. Он стал вице-президентом «Культурбунда», одним из основателей возрождения Академии искусств, членом Немецкого комитета борьбы за мир.
В 1948 г. вышел последний значительный роман К. «Танец смерти» («Totentanz»). У Келлермана «танец смерти» — это сумасшедший хоровод на краю пропасти, в котором кружила Германия 12 лет и 3 месяца. Главное действие романа происходит в каком-то старинном городе с развитой промышленностью. Город золотых башен — таково его поэтическое название, но настоящее имя города нигде не встречается. Оно в миниатюре представляет всю Германию. В книге ярко описаны будни фашистского рейха, атмосфера страха, выслеживания, доносов, арестов, концлагерей, еврейских погромов. Писатель показывает, что фашизм не был случайным явлением.