Palotai Károly az 1964-es tokiói olimpián az aranyérmes magyar együttes tagja volt. A Győri Vasas ETO-val bajnokságot és Magyar Népköztársasági Kupát nyert, és a Bajnokcsapatok Európa-kupája 1964–1965-ös kiírásában az elődöntőbe jutott.
 

Játékvezetőként három világbajnokságon és három olimpián vett részt, két BEK-döntőt is vezetett.

Palotai Károly hosszan tartó betegség után, 82 évesen hunyt el.