Károly Habsburg-Lotharingiai Ottó főherceg és Wettin Mária Jozefa gyermekeként született 1887. augusztus 17-én. Gyerekkorától kezdve trónörököshöz méltó neveltetést kapott, bár vannak, akik ennek az ellentétét állítják. Egyészen 14-15 éves koráig magánórákat vett, nagyon szigorú rendszerben, így több nyelvet is, például franciát, magyart és csehet tanult, mindezeken felül természetesen írni olvasni, továbbá lovagolni, vívni, tornázni, énekelni és zongorázni is. Gyerekként hamar megmutatkozott, hogy jóval gyengébb fizikummal rendelkezik, mint kortársai, ennek hatására hosszabb időre megbetegedet, így elrendelték, hogy minél több időt töltsön testmozgással. Ennek meg is lett az eredménye, ezek után már nem voltak tartós megbetegedései, egy rövidebb alkalmat kivéve. Anyjának köszönhetően nagymértékben vallásos volt, kiskorától kezdve nagyon jószívű. Több alkalommal szétosztotta az ajándékait, amiket ünnepségek alkalmából kapott, a palota környékén lakó gyerekeknek, egyszer pedig a palota főkertészénél szeretett volna munkát vállalni, hogy az ezzel megkeresett pénzt szétossza, elajándékozza. A gimnázium négy évét nem magántanárnál, hanem rendes, nyilvános iskolában töltötte. Itt is nagyon hamar megszerettette magát a társaival. Olyan közvetlen viszonyt ápolt velük, hogy nem is a rendes címén szólították, hanem beceneveken, például „Főkároly”.
Károly 1906-ban a trónöröklési sor második helyére került azzal, hogy apja gégerákban meghalt. Előtte csak Ferenc Ferdinánd állt, de neki rangon aluli házassága volt, így a gyerekei nem ülhettek a trónra. Ferenc Ferdinándot 1914-ben Szarajevóban feleségével, Chotek Zsófiával együtt meggyilkolták, így Károly került a sorrend legelejére. Közben kitört az első világháború, a nagy világégés, aminek a kellős közepén, 1916-ban Ferenc József meghalt, ezért Károlynak ilyen rossz helyzetben kellett átvennie az uralmat. Budapesten, a Mátyás templomban koronázták meg feleségével, Zita királynéval együtt. Ausztriában I. Károly néven urakodott.
Trónrakerülése után rögtön a békére törekedett, különbékék megkötését szerette volna. Miután 1917-ben megfordult a hadiszerencse, mivel Oroszország összeomlott, Franciaország hajlandó lett volna békét kötni, ám nyilvánosságra került Clemenceau, francia miniszterelnök levele, amiben a magánbékéről tárgyalt titokba Károllyal, ezért meggondolták magukat, nem mentek bele a békébe. Terjednek olyan nem bizonyított történetek, hogy Clemenceau ekkor elhatározta, hogy szétzúzza a Monarchiát. Sajnálatos módon nem sikerült győzedelmeskednie a háborúban, ezzel a Monarchia bukását eredményezve. 1918. november 1-én Ausztriában, majd 13-án Magyarországon lemondott uralkodói jogairól, ezután Svájcba költözött.
1921 tavaszán titokban visszatért Magyarországra, Szombathelyre. A püspöki palotában szállt meg. Innen másnap reggel egyenesen Budapestre ment, Horthyhoz, akit felszólított, hogy adja át neki a hatalmat. Hosszas vitatkozás után a kormányzónak sikerült rávennie a királyt, hogy hagyja el az országot. Károly visszatért Szombathelyre, majd Svájcba. Másodszor 1921 őszén próbálkozott a visszatéréssel, ám ekkor már kevésbé békés módszerekkel. Sopronba érkezett repülőgépen feleségével, ahol maga köré gyűjtötte az őket támogató arisztokratákat. A sopronban állomásozó katonaság is a királyi pár mellé állt. Ellenkormányt alakított, majd vasúton Budapestre indult, útközben egy csendőrcsapatot verbuvált. Október 23-án Budaörsnél összeütköztek a királyi és a Horthyt támogató csapatok. Több ember is életét vesztette a csatában, Károly komoly vereséget szenvedett. A királyi párt elfogták és több politikussal együtt Tihanyba, majd Bajára hurcolták. Onnan a Duna mentén hajóval a Fekete-tengerre, majd pedig a Portugáliához tartozó Madeira szigetére vitték. 1922. április 1-én itt hunyt el spanyolnáthában.
Elsőszülött fia Habsburg Otto továbbra is igényt tartott mind az osztrák, mind a magyar trónra, ám egyiket sem sikerült megszereznie. 2004-ben II. János Pál pápa boldoggá avatta.
