En 1963, Weizsäcker a reçu le Friedenspreis des Deutschen Buchhandels (prix de la paix des libraires allemands). En 1989, il remporte le Prix Templeton pour le progrès dans la religion. Il a également été nommé à l'ordre Pour le Mérite.
Le lycée Carl Friedrich von Weizsäcker Gymnasium à Barmstedt (nord-ouest de Hambourg) a été nommé en son honneur.