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  卡爾一世是弗朗茨·約瑟夫一世皇帝之弟卡爾大公之孫,奧托·弗朗茨大公和夫人薩克森公主約瑟夫之子。  1911年10月21日與帕爾馬公國的齊塔郡主結婚。  1914年6月28日其伯父法蘭茲·斐迪南大公遇刺身亡後成為帝國皇儲。  1916年11月21日弗朗茨·約瑟夫一世逝世後即位為皇帝,成為奧匈帝國武裝力量最高統帥。  1917年2月12日兼任德國元帥。  1917年卡爾開始祕密地通過內弟帕爾馬王子西克斯圖斯與法國進行和平談判,然而1918年計劃洩露,使奧地利落到了很窘迫的地位。 第一次世界大戰末期,奧匈帝國陷入內亂和民族矛盾中。 美國總統伍德羅·威爾遜提出了十四點協議,倡導奧匈帝國各民族獨立。10月14日,卡爾召開皇家議會,接受十四點協議,同意建立有各民族自治政府的聯邦制國家。但改革很快失去控制,各民族自治政府紛紛宣稱完全獨立,並退出第一次世界大戰。 奧地利國內的共和派最終否定了君主制。  1918年11月11日卡爾宣佈:“我正式放棄參與任何政務,但不會放棄皇位。” 次日,德意志奧地利共和國成立,卡爾被迫離開維也納。 1919年三月流亡瑞士,4月奧地利議會宣佈廢黜卡爾的皇位。  1921年卡爾兩次試圖在匈牙利保守派人士的幫助下在該地復位,但因未獲得匈牙利攝政霍爾蒂的支援未果。  1922年卡爾因肺炎在葡屬馬德拉群島逝世,年僅34歲。  67年後的1989年,他的妻子齊塔在瑞士逝世。

  部分歷史學家認為卡爾作為皇帝兼國王設法結束第一次世界大戰而成為勇敢和高尚的榜樣。  2004年10月3日,教宗若望·保祿二世將卡爾一世冊封「真福品」,這通常是正式封為聖人前的最後一個步驟。梵蒂岡宣稱卡爾一世生前致力和平,積極謀求結束戰爭,是政治領袖的典範;但許多人抨擊這項舉動,指稱卡爾一世在戰爭期間曾下令使用有毒物質芥子氣。

  卡爾婚後育有五子三女:
卡爾一世(Karl I,1887年-8月17日-1922年-4月1日),全名卡爾·弗朗茨·約瑟夫·路德維希·胡伯特·格奧爾格·瑪利亞·馮·哈布斯堡-洛林("Karl Franz Joseph Ludwig Hubert Georg Maria von Habsburg-Lothringen")是哈布斯堡王朝與奧匈帝國的末代皇帝(1916年-1918年)。作為奧地利皇帝,稱卡爾一世;作為匈牙利國王,稱查理四世("IV. Károly");作為波希米亞國王,稱卡雷爾四世("Karel IV")。