Com 15 anos, sucede o pai como duque de Borgonha. Em 1516 torna-se Carlos I da Espanha, da Sicília, de Nápoles e das colônias da América e, em 1519, soberano da Alemanha como Carlos V. No mesmo ano é sagrado imperador.
Em 1526 casa-se com Isabela, filha de Manuel I, de Portugal, com quem tem um filho, Felipe. Tenta instaurar a hegemonia do Sacro Império Romano-Germânico, tanto na política quanto na religião (o império é católico), sobre os territórios dominados por sua dinastia.
Isso gera conflitos com a França, com os senhores dos Estados Pontifícios, liderados pelo papa Paulo III, e com os protestantes. Fora da Europa, comanda expedições a Túnis e a Argel, conquista o México e o Peru e promove a exploração do Pacífico. Abdica em 1555 do trono da Espanha, da Itália e da Borgonha em favor do filho Felipe II, casado em segundas núpcias com Mary I, da Inglaterra.
O sonho de Carlos V era que o filho fosse coroado rei da Inglaterra, dirigindo, assim, um império universal - mas o Parlamento inglês se recusa a coroá-lo. No ano seguinte, Carlos V entrega ao irmão Fernando a coroa da Alemanha. Aos 56 anos, retira-se da vida política. Morre no Mosteiro de San Jerónimo, na Espanha.