Karl-Heinz Wiesemann, der in Enger/Westfalen aufgewachsen war und sein Abitur mit Auszeichnung am Widukind-Gymnasium Enger (WGE) abgeschlossen hatte, studierte in den Jahren 1979 bis 1986 Katholische Theologie und Philosophie in Paderborn und Rom. Er schloss seine Ausbildung mit der Lizenziatsprüfung ab und empfing am 10. Oktober 1985 das Sakrament der Priesterweihe durch Franz Kardinal König. Von 1986 bis 1990 wirkte er als Vikar in Geseke. Anschließend absolvierte er ein Promotionsstudium an der Gregoriana in Rom, das er 1995 mit einer Arbeit über Karl Adam, Romano Guardini und Erich Przywara abschloss. In den Jahren 1994 bis 1999 arbeitete Wiesemann als Pfarradministrator und Pfarrer in St. Maria Magdalena in Menden-Bösperde, ehe er 1999 Propst der Pfarrei St. Petrus und Andreas in Brilon wurde.

Papst Johannes Paul II. ernannte Wiesemann am 4. Juli 2002 zum Titularbischof von Macriana Minor und bestellte ihn zum Weihbischof im Erzbistum Paderborn. Die Bischofsweihe spendete ihm am 8. September 2002 im Paderborner Dom Joachim Wanke, Bischof von Erfurt, und die Mitkonsekratoren Hans-Josef Becker, Erzbischof von Paderborn, und Paul Consbruch, Weihbischof in Paderborn. Sein Wahlspruch ist „Major omni laude“.

Neben seinem Weihbischofsamt in Paderborn war er auch für Fortbildung der Priester und für die Kongregation für die Institute geweihten Lebens und für die Gesellschaften apostolischen Lebens tätig. 2003 wurde er zum Domkapitular ernannt. Ab 2004 war er als Bischofsvikar für Priesterfortbildung und Berufungspastoral sowie für Gesellschaft, Wissenschaft und Kultur. Er ist Mitglied der Kommissionen für Ökumene und für Liturgie in der Deutschen Bischofskonferenz und Mitglied im Ritterorden vom Heiligen Grab zu Jerusalem.

Am 19. Dezember 2007 ernannte ihn Papst Benedikt XVI. als Nachfolger von Anton Schlembach zum Bischof von Speyer; die feierliche Amtseinführung Wiesemanns im Dom zu Speyer fand am 2. März 2008 statt.[

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