Figlio di Francesco I duca di Lorena e di Cristina di Danimarca, alla morte del padre era ancora minorenne; quando Enrico II re di Francia occupò Metz, Toul e Verdun, passando per Nancy portò con sé il giovane Carlo alla corte di Francia. Nel 1559 sposò Claudia di Valois, figlia del re, e tornò in Lorena. Nel corso delle guerre di religione, militò nella Lega cattolica a capo della quale c’erano i cugini, duchi di Guisa. Dopo l’incoronazione di Enrico IV di Borbone nel 1594, la pace religiosa fu suggellata dal matrimonio tra suo figlio Enrico e la sorella del re, Caterina di Borbone.