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  卡爾於在斯圖加出生,是威廉一世(1781-1864年)和第三位妻子符騰堡女公爵保琳娜(1800-1873)的兒子。他一出生就成為符騰堡王儲。青少年的他曾於柏林和圖賓根讀書。  1846年7月13日,卡爾與表姐俄羅斯女大公奧莉加·尼古拉耶芙娜在聖彼得堡的彼得霍夫宮結婚。妻子奧莉加是俄羅斯沙皇尼古拉一世和皇后——普魯士公主弗雷德里卡·路易莎·夏洛特·威廉明娜的女兒,而岳母夏洛特又是腓特烈·威廉三世與梅克倫堡-施特雷利茨的路易斯的女兒。斯圖加人民於9月23日為未來國王新婚歸國舉行了盛大的歡慶儀式。他們在斯圖加興建了維拉·貝格作為住所。王儲夫婦沒有子女,原因或許是卡爾的同性戀傾向。  1864年6月25日,卡爾的父親符騰堡國王威廉一世去世,卡爾繼位為符騰堡國王卡爾一世,並在次月舉行了加冕儀式。1864年12月24日,符騰堡國王卡爾一世簽署了出版和結社自由的法令。1866年普奧戰爭以普魯士王國戰勝、奧地利帝國戰敗告終,奧地利帝國主導的德意志邦聯解散,普魯士王國主導的北德意志邦聯成立,符騰堡王國、巴伐利亞王國、黑森大公國、巴登大公國在普魯士王國與法蘭西第二帝國之間徘徊。1870年普法戰爭以普魯士王國戰勝、法蘭西第二帝國戰敗告終。1871年德意志帝國成立,符騰堡王國、巴伐利亞王國、黑森大公國、巴登大公國與北德意志邦聯各成員一同成為德意志帝國的聯邦主體,但仍保留鐵路、郵政、文化、軍隊等權利。  符騰堡國王卡爾一世於1890年被英國維多利亞女王授予嘉德勳章。  符騰堡國王卡爾一世1891年10月6日在斯圖加去世,終年68歲。他沒有子嗣,符騰堡王位被傳予他的堂侄兼外甥威廉。他的妻子於第二年在腓特烈港去世。二人合葬於阿爾滕城堡的教堂裡。
卡爾一世(Karl I,1823年-3月6日-1891年-10月6日),全名卡爾·腓特烈·亞歷山大("Karl Friedrich Alexander"),第三任符騰堡國王,1864年6月25日至1891年10月6日在任。