Carlos I nació el 24 de febrero de 1500 en Gante (Flandes, al norte de la actual Bélgica). Era hijo de Juana I de Castilla (conocida como «Juana la Loca») y Felipe I de Castilla (conocido como «Felipe el Hermoso»), y nieto del emperador Maximiliano I de Habsburgo y María de Borgoña por parte paterna, y de los Reyes Católicos por parte materna.
Fernando el Católico envió al humanista Luis Cabeza de Vaca para que aprendiese castellano y las costumbres españolas, consciente de que alguna vez su nieto podía ocupar los tronos de los reinos hispanos. No obstante, cuando llegó ese día Carlos aún no dominaba el idioma. El joven se empapó en Flandes de cultura flamenca, siendo discípulo de Adriano de Utrecht, que más adelante sería el Papa Adriano VI.
El 22 de enero de 1516 Fernando el Católico escribió su último testamento en el que nombraba a Carlos gobernador y administrador de los reinos de Castilla, Aragón y Navarra en nombre de su madre la reina Juana I, cuyo impedimento para gobernar no se debía tanto a una supuesta locura (aunque probablemente padeciese una predisposición genética a la depresión) sino más bien a una conspiración política. La elección de Fernando el Católico la hizo tras titubear por si elegía a su otro nieto, Fernando hermano de Carlos, que el rey Católico crio y que era además su favorito.
Hasta la llegada de Carlos, en Castilla gobernaría el cardenal Cisneros y en Aragón el arzobispo Alonso de Aragón. Carlos llegaría a España en septiembre de 1517. En Valladolid se enteró de la muerte de Cisneros, lo que le allanó el camino para gobernar Castilla. Allí las Cortes de Castilla se reunieron el 9 de febrero de 1518 para nombrar rey a Carlos junto a su madre. En Aragón Carlos sería nombrado cinco meses después, el 29 de julio. En Castilla, Aragón y Navarra reinó junto a su madre, la cual sólo lo haría nominalmente. Sería la primera vez que un rey reinase al mismo tiempo en estos tres reinos hispanos.
El 28 de junio de 1519, al morir Maximiliano I, Carlos se convirtió en el Emperador del mal llamado Sacro Imperio Romano Germánico, por eso es conocido como «Carlos I de España y V de Alemania». Pero, a efectos prácticos, pese a la potentísima propaganda, Carlos fue Emperador por España y no por «Alemania».
El principio de su reinado fue turbulento a causa de la sublevación de los comuneros en Castilla y la Germanías en el Reino de Aragón (en Valencia).
También tuvo que enfrentarse a la sublevación del Reino de Navarra, apoyado por el Reino de Francia, cuyo rey era Francisco I, primo de Carlos. El ejército francés sería incontestablemente derrotado el 30 de junio de 1521 en la batalla de Noáin, y así Navarra sería fácilmente reconquistada.
En América, durante el reinado de Carlos I se conquistaron las tierras que hoy más o menos corresponden a México, Guatemala, Panamá, Perú, Ecuador, Colombia, Venezuela, Bolivia, Uruguay, Paraguay y partes de Chile y Argentina. Hernán Cortés conquistó el Imperio Azteca en 1521 e inmediatamente fundó el Virreinato de Nueva España. En 1533 Francisco Pizarro conquistó el Imperio Inca y en 1542 se fundaría el Virreinato del Perú. En 1534 el capitán Sebastián de Benalcázar, en busca de El Dorado junto al también capitán Francisco de Orellana, fundó la ciudad de San Francisco de Quito. Orellana fundaría Guayaquil y se introdujo en la Amazonia descubriendo el río Amazonas. En 1534 Diego García de Moguer funda Santa María del Buen Aire, que en 1536 Pedro de Mendoza convertiría en Nuestra Señora del Buen Ayre (lo que después sería Buenos Aires). En 1538 Gonzalo Jiménez de Quesada conquistó a los muiscas. En 1540 Pedro de Alvarado conquista las tierras centroamericanas (aunque no sería hasta 1609 cuando se fundase el Virreinato de Guatemala). En 1541 Pedro de Valdivia fundaba Santiago del Nuevo Extremo (Santiago de Chile). A mediados del siglo XVI Nuño de Guzmán conquistaba el Imperio tarasco en el actual México occidental y funda el Virreinato de Nueva Galicia. Francisco de Montero haría lo propio con el Yucatán contra los mayas.
Y es por esto por lo que en realidad Carlos I fue Emperador y no por ser Carlos V del Sacro Imperio Romano Germánico. Pues éste último, como suele decirse, ni era sacro, ni era romano y tal vez fuese germánico (y no se trataba de Alemania, que como Estado no empezó a existir hasta 1871, precisamente impedido por el Sacro Imperio). Pero lo que desde luego no se puede decir que era es que fue un Imperio, porque se trataba de un territorio muy fracturado (y más que lo estaría en el siglo siguiente por las guerras de religión). Y además no llegó a expandirse; como sí pudieron hacerlo -ya fuese con planes y programas generadores o depredadores, ya durasen más o durasen menos- los Imperios macedónico, romano, portugués, holandés, británico y por supuesto el español. Carlos fue mucho más grande por ser Carlos I de España que V de «Alemania».
Otro de los grandes hitos del reinado de Carlos I es la circunnavegación de la Tierra por la expedición de Fernando de Magallanes que completó Juan Sebastián Elcano el 6 de septiembre de 1522. Elcano recibió de Carlos I un escudo con el globo en el que podía leerse: Primus circundedisti me. «Fuiste el primero que la vuelta me diste». En el trayecto de la vuelta al mundo se pusieron las primeras bases del Imperio Español en las islas Filipinas y en las Marianas.
La gran mayoría de expediciones que se llevaron a cabo bajo el reinado de Carlos I fueron realizadas por empresas privadas con permiso de la Corona para conquistar territorios que se anexionaban al Reino de Castilla por ser el impulsor de las expediciones desde 1492.
El Imperio Español se convertiría en un Imperio donde «nunca se ponía el Sol». En cambio, el Sacro Imperio fue sólo una fantasmada y suena casi cómica la afirmación de que Napoleón lo suprimió en una fecha tan tardía como es la del 6 de agosto de 1806. Sea como fuere, el 24 de febrero de 1530, el mismo día que cumplía 30 años, Carlos fue coronado Emperador del Sacro Imperio Romano Germánico por el Papa Clemente VII. Ya el 22 de febrero había sido coronado como rey de Borgoña.
Carlos I fue partidario del ideal humanista de la Universitas Christiana, lo que suponía la imposición de la autoridad imperial sobre todos los reinos de la cristiandad (esto es, sociedades monógamas frente a la poligamia de las tribus bárbaras islámicas como los almohades), y de la defensa del catolicismo frente al surgimiento de las sectas protestantes. El rey de Francia, Francisco I, y el Papa Clemente VII mostraron su desacuerdo, lo que supuso constantes enfrentamientos entre los dos primos, que guerrearon uno por conseguir y otro por mantener la corona imperial y el reino de Borgoña. Se hizo célebre la máxima de Carlos I que decía: «Mi primo Francisco y yo estamos por completo de acuerdo, los dos queremos Milán». Pero ese acuerdo precisamente los ponía directamente en desacuerdo.
El monarca francés llegaría a ser preso de Carlos I en Madrid en 1525 al perder la batalla de Pavía junto a Enrique II al pretender recuperar el Reino de Navarra. En 1526 Francisco I firmó el Tratado de Madrid por el que entregaría Borgoña a Carlos y renunciaría a Flandes y los reinos italianos; y se comprometería, aunque coaccionado, a no volver a ocupar el Milanesado ni apoyar al que pretendía recuperar el trono de Navarra. Promesas que no cumplió.
La segunda guerra contra Francia acabó con el «saco de Roma» el 6 de mayo de 1527, al ser Clemente VII aliado de Francisco I tras la Liga de Cognac. La tercera guerra acabó en 1538 con la tregua de Niza, por el cansancio de ambos bandos. Y la cuarta lo haría en 1544 con la firma de la Paz de Crépy. Ambos monarcas católicos consideraron hacer frente a los levantamientos protestantes.
De hecho, el luteranismo fue otro de los grandes quebraderos de cabeza del reinado de Carlos, pues el problema se encontraba en pleno centro de la Cristiandad (lo que sería esa biocenosis llamada Europa, que precisamente hasta entonces era conocida como «La Cristiandad», frente a la plataforma islámica frenada y contraída por el Imperio Español). En 1531 los organizaron la Liga de Esmalcalda (que también sería conocida como la «liga de los protestantes»), la cual disponía de un ejército y de una caja común. El problema protestante hizo que el Papa Pablo III convocase el Concilio de Trento en 1545 (cuyo desarrollo y conclusión sobrevivieron tanto a Pablo III como a Carlos I, pues acabaría en 1563, ya bajo el reinado de Felipe II).
En la batalla de Mühlberg en 1547 los ejércitos católicos, en inferioridad numérica, se impusieron a los ejércitos protestantes, y resultó que los príncipes germanos se retirasen y se subordinasen al Emperador. No obstante, en 1552 el Emperador garantizó la libertad de culto a los protestantes con el Tratado de Passau. En 1555 los príncipes germanos podían adherirse libremente al luteranismo si así lo deseaban. De este modo se impuso una tregua entre católicos y protestantes que duraría medio siglo, es decir, hasta la terrible Guerra de los Treinta Años (1618-1648).
Otra de las grandes preocupaciones de Carlos I eran los turcos otomanos, enviando en 1532 tropas a Viena para defender a su hermano Fernando de las tropas de Solimán el Magnífico, las cuales se retiraron sin apenas combatir por consejo de Francisco I, que temía que una derrota otomana hiciese centrar la hostilidad de España y el Sacro Imperio, cual tenaza, contra el reino de Francia. Ese mismo año Jeireddín Barbarroja expulsó a los españoles del peñón de Argel, aliándose con Solimán al año siguiente en calidad de almirante de la flota, lo que le facilitó tomar Túnez en 1534, que le sería arrebatada en 1535. Aunque en 1541 las tropas españolas fracasaron en Argel a causa del mal tiempo.
Al abdicar en Bruselas en 1556, Carlos I dividió su herencia entregándole a su hermano Fernando el Sacro Imperio y a su hijo Felipe II los reinos hispanos y las tierras conquistadas en América. Es decir, fue Felipe y no Fernando el que heredó un verdadero Imperio.
Carlos se retiró a Extremadura, a la Comarca de la Vera (Cáceres), para recuperarse de la enfermedad de la gota. Y finalmente se retiraba a un palacio que mandó a construir junto al monasterio de Yuste, alejado del mundanal ruido. Murió de paludismo, que le causó la picadura de un mosquito, el 21 de septiembre de 1558 tras sufrir un mes de agonía y fiebre más la gota que ya padecía. En 1573 su hijo Felipe II ordenó que sus restos se trasladasen al Monasterio de El Escorial.