Der Pfarrerssohn studierte ab 1844 an der Königlichen Universität in Breslau Jura und wurde 1847 dort promoviert. Anschließend trat er in den Staatsdienst ein. 1853 amtierte Falk als Staatsanwalt in Lyck. Ab 1858 galt er als gemäßigt liberaler Politiker und war als "Altliberaler" bis 1861 Mitglied der Landratskammer im Preußischen Abgeordnetenhaus für den Wahlbezirk Gumbinnen. 1861 berief man Falk zum Staatsanwalt an das Berliner Kammergericht und als Mitarbeiter in das Justizministerium. Danach ging er ans Appellationsgericht von Glogau. Falk wurde Mitglied des Parlaments des Norddeutschen Bundes und war dort vorübergehend bei der Fraktion des "altliberalen Zentrums". 1868 wurde Falk vortragender Rat im Justizministerium. Als Bevollmächtigter Preußens zum Bundesrat ab 1871 wirkte er an einigen gesetzgeberischen Werken der Reichsgründung mit. Von 1872 bis 1879 war Falk preußischer Kultusminister unter Bismarck, den er im Kampf gegen den Einfluß der katholischen Kirche energisch unterstützte. Sein besonderes Verdienst liegt auf dem Gebiet des Schulwesens und der Förderung der Ausbildung von Lehrern. 1879 bat Falk um seinen Abschied. Er kandidierte erneut für das Preußische Abgeordnetenhaus. Dem Deutschen Reichstag gehörte er ab 1873 an. Von 1882 bis zu seinem Tod wirkte Falk als Präsident des Oberlandesgerichts in Hamm.