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  卡爾·亞歷山大是薩克森-魏瑪-艾森納赫大公卡爾·腓特烈與俄羅斯女大公瑪麗亞·巴甫洛夫娜的次子,1818年6月24日生於大公國首都魏瑪。由於長兄卡爾於他出生前去世,他一出生就成為薩克森-魏瑪-艾森納赫的繼承人,並於1828年父親繼承大公之位後成為大公世子。  卡爾·亞歷山大年輕時接受了瑞士教育家弗雷德裡克·索雷特的認真教育。他精通多門外語,1835年開始在萊比錫和耶拿學習歷史、法律和自然科學,並參加了軍事訓練。1841年成為耶拿大學法學博士。  1842年10月8日在海牙,卡爾·亞歷山大與小姨的女兒荷蘭的索菲公主舉行了婚禮。  卡爾·亞歷山大作為大公世子時期,魏瑪是自由主義藝術家的庇護所。1851年,卡爾·亞歷山大成為魏瑪共濟會的保護人。他還是女權主義作家範妮·勒瓦爾德和丹麥童話大師漢斯·克里斯蒂安·安徒生的好友,保持了長期的書信往來。卡爾·亞歷山大與安徒生柏拉圖式的精神戀愛也是後人經常議論的話題。由於1849年的第一次石勒蘇益格戰爭,卡爾·亞歷山大與安徒生的友情暫時中斷。  1853年7月8日,卡爾·亞歷山大的父親卡爾·弗里德里希去世。卡爾·亞歷山大成為薩克森-魏瑪-艾森納赫的第三任大公。在歌德誕辰日的1853年8月28日,魏瑪成立了立憲制政府。  卡爾·亞歷山大重建了艾森納赫的瓦爾特堡,並在艾森納赫的許多地方留下了他的印跡。他是著名作曲家李斯特·費倫茨和理查德·瓦格納的保護人。在他的統治期間,魏瑪保留了古典主義傳統,還建立了赫德爾的紀念館和歌德-席勒紀念雕像,使魏瑪老城舊貌換新顏。1860年代,他與瑞士畫家阿諾德·勃克林、德國雕塑家萊諾爾德·貝加斯、德國畫家弗朗茨·馮·倫巴赫一同興辦了魏瑪薩克森大公藝術學院(),她是著名的包豪斯的前身。1872年成立了魏瑪李斯特高等音樂學院();1886年歌德故居開放;1889年卡爾-亞歷山大圖書館在艾森納赫建成。  1871年,德意志帝國建立,薩克森-魏瑪-艾森納赫成為德意志帝國的一個邦國。  1901年1月5日,82歲高齡的卡爾·亞歷山大大公去世。由於其長子卡爾·奧古斯特在1894年去世,長孫威廉·恩斯特繼位為大公。  卡爾·亞歷山大與其母瑪麗亞·帕芙洛娃統治期間被稱為魏瑪的“白銀時代”(Silbernes Zeitalter Weimars)。

  卡爾·亞歷山大1842年10月8日在海牙與表妹索菲公主結婚,索菲是荷蘭國王威廉二世唯一的女兒,也是最小的孩子。卡爾·亞歷山大與索菲有一子三女:

  卡爾·亞歷山大的三代祖輩詳見下表:
卡爾·亞歷山大·奧古斯特·約翰("",1818年-6月24日-1901年-1月5日),德意志邦國薩克森-魏瑪-艾森納赫的大公,1853年至1901年在位。