Den salige Karl ble født den 17. august 1887 på slottet Persenbeug i regionen Niederösterreich. Hans fulle navn var Karl Franz Josef Ludwig Hubert Georg Maria von Habsburg-Lothringen. Hans foreldre var erkehertug Otto Franz av Østerrike (1865-1906) og prinsesse Maria Josephine av Sachsen (1867-1944), datter av Georg, den siste kongen av Sachsen. Keiser Frans Josef I (1848–1916) var Karls grandonkel. Han sto langt nede på arverekkefølgen til keiser- og kongeriket Østerrike-Ungarn, men en rekke tragedier skulle etter hvert føre ham på tronen.
Karl fikk en eksplisitt katolsk oppdragelse av sin mor. Bønnene fra en gruppe personer fulgte ham fra hans barndom, siden den stigmatiserte nonnen Aloisia Fauland profeterte at han ville gjennomgå store lidelser og at angrep ville bli rettet mot ham. Dette er grunnlaget for «Keiser Karls bønneliga for folkenes fred» som oppsto etter hans død. I 1963 fikk denne bønnegruppen kirkelig godkjennelse. Karl mottok sin første hellige kommunion den 19. november 1898 av hjelpebiskop Marschall i slottskapellet i Wartholz. En dyp hengivenhet til Den hellige eukaristi og til Jesu Hellige Hjerte begynte å vokse i Karl. Han vendte seg til bønn før alle viktige avgjørelser.
Kronprins Rudolf (1858-1889) var eneste sønn av keiser Frans Joseph og keiserinne Sissi. Men den 30. januar 1889 ble han og hans elskerinne, baronesse Marie Vetsera, funnet døde i kronprinsens jakthytte Mayerling. Ny tronfølger ble da keiserens bror Karl-Ludwig (1833-96), men han døde den 19. mai 1896 av tyfus som ha hadde fått under en valfart til Det hellige Land, hvor han drakk vann fra den forurensede elva Jordan. Ny tronfølger ble Karl-Ludwigs eldste sønn, erkehertug Frans Ferdinand (1863-1914).
Men i 1900 inngikk Frans Ferdinand et såkalt morganatisk ekteskap (en betegnelse som benyttes når en kongelig person gifter seg med en partner av lavere rang uten kongelig status eller tittel eller arverettigheter) med grevinne Sophie Chotek. På grunn av dette morganatiske ekteskapet hadde parets barn ikke arverett til tronen, så den neste i arverekkefølgen ble dermed Frans Ferdinands yngre bror Otto Franz, Karls far. Den tredje broren, Ferdinand Karl, hadde frasagt seg sin arverett. Da den utsvevende erkehertug Otto døde av syfilis i 1906, rykket Karl opp som nummer to i arverekkefølgen etter onkelen Frans Ferdinand.
Den 21. oktober 1911 giftet Karl seg med prinsesse Zita av Bourbon og Parma. Kvelden før bryllupet sa Karl til henne: «Nå må vi hjelpe hverandre å komme til himmelen». Paret ble i sitt ti år lange lykkelige og eksemplariske ekteskap velsignet med åtte barn, fem sønner og tre døtre: Otto, Adelheid, Robert, Felix, Karl-Ludwig, Rudolf, Charlotte og Elizabeth. Deres siste datter ble født bare tre måneder før Karls død. Karl erklærte fortsatt til Zita på sitt dødsleie: «Jeg skal elske deg for alltid».
Den 28. juni 1914 ble Østerrike-Ungarns tronarving, erkehertug Frans Ferdinand, myrdet i Sarajevo, skuddene som utløste Første verdenskrig, og Karl rykket opp som tronarving etter sin onkel. Midt under krigen, den 21. november 1916, døde keiser Frans Josef etter 68 år på tronen, og Karl ble keiser av Østerrike som Karl I. Den 30. desember ble han kronet til apostolisk konge av Ungarn som Karl IV.
Innenriks initierte Karl til tross for de ekstremt vanskelige tidene en omfattende og eksemplarisk sosial lovgivning, inspirert av kristen sosiallære.
Første verdenskrig bare økte nasjonalismen i Karls multinasjonale rike. Hans løsning var å foreslå omdannelse av den vestlige delen av imperiet til en føderal stat, noe han annonserte den 16. oktober 1918, men det viste seg utilstrekkelig og kom alt for sent. Ungarn og Tsjekkoslovakia erklærte seg uavhengige den 3. november 1918. Den 11. november 1918 sluttet Første verdenskrig og de østerriksk-ungarske styrkene kollapset ved den italienske fronten. Samme dag proklamerte Karl formelt at han avsto fra all deltakelse i statlige affærer, men han abdiserte ikke. Han ble forvist til Sveits i mars 1919 og ble avsatt av det østerrikske parlamentet i april.
Paven fryktet fremveksten av kommunistenes makt i Sentral-Europa, og uttrykte ønske om at Karl gjenetablerte sitt styre i Ungarn. Etter den kortvarige rådsrepublikken under Bela Kun i 1919 seiret monarkistene i Ungarn i 1920, og i mars 1921 reiste Karl til Budapest og forsøkte å kreve den ungarske tronen tilbake fra regenten, admiral Miklós Horthy, som han hadde bidratt til å få utnevnt. Men møtet endte i fiasko og Karl måtte forlate Budapest igjen og vende tilbake til Sveits.
Han prøvde igjen i oktober 1921. Men også dette forsøket mislyktes, fremfor alt siden Karl ønsket å unngå utbruddet av en borgerkrig. Admiral Horthy fikk Karl arrestert og han og hustruen ble sendt i eksil om bord på et engelsk skip og brakt til øya Funchal i den portugisiske øygruppen Madeira i Atlanterhavet. Siden han betraktet sin plikt som et mandat fra Gud, kunne han ikke abdisere fra sitt embete. Hans sønn, erkehertug Otto von Habsburg (1912-2011), arvet hans krav på tronen. Han ble senere en velkjent Europa-politiker og medlem av Europaparlamentet fra 1979 til 1999.
Redusert til fattigdom bodde Karl sammen med familien i et svært fuktig hus. Han ble dødelig syk med lungebetennelse og aksepterte dette som et offer for fred og enhet blant folkene. Han gjennomgikk sine lidelser uten å klage. Han tilga alle som konspirerte mot ham og døde i Funchal klokken 12.23 den 1. april 1922 med øynene vendt mot Det hellige sakrament. Han ble ikke engang 35 år gammel. Hans grav befinner seg i valfartskirken Nossa Senhora do Monte på Madeira. Hans enke kledde seg i sort og levde i sorg de resterende 67 årene av sitt liv til hun døde i 1989 i Sveits, 96 år gammel. Hun ble gravlagt i Habsburgernes krypt i kapusinerkirken i Wien.
Saligkåringsprosessen for keiser Karl ble innledet i 1954. I 1994 ble hans grav åpnet, og hans legeme ble da funnet intakt. Den 12. april 2003 ble hans «heroiske dyder» anerkjent og han fikk tittelen Venerabilis («Ærverdig»). Den 20. desember 2003 undertegnet den hellige pave Johannes Paul II (1978-2005) dekretet fra Helligkåringskongregasjonen som godkjente et mirakel på hans forbønn. Det skjedde i 1960 da den polske nonnen Maria Zita Gradowska i et brasiliansk kloster ba for den avdøde keiserens saligkåring. Da hun våknet dagen etter, var hun i stand til å gå for første gang på mange år.
Den 3. oktober 2004 ble keiser Karl saligkåret av paven på Petersplassen i Roma. Paven bestemte at hans minnedag ikke skal være dødsdagen 1. april, men 21. oktober, datoen for hans ekteskap med Zita de Bourbon-Parma i 1911. Under saligkåringen deltok mange medlemmer av familien Habsburg med den nye saliges 92-årige sønn Otto von Habsburg i spissen. Blant koncelebrantene var erkebiskopene av Wien og Budapest-Esztergom, kardinalene Christoph Schönborn og Peter Erdö. Dette var pave Johannes Paul IIs siste saligkåring.
Saligkåringen av Karl har hatt sine kritikere. De betrakter ham som en inkompetent leder som forårsaket sin egen undergang og det Habsburgske imperiets fall. De samme kritikerne mener at han hadde ansvaret for ordren til sine tropper om å bruke giftgass under krigen og at hans lederskap førte til at hundretusener av østerrikske soldater ble tatt til fange i krigens siste dager.