În copilăria sa timpurie, crescut la curtea suedeză alături de verişoara sa Regina Christina, a primit o educaţie civilă excelentă. Mai târziu, Carol al X-lea a învățat arta războiului de la Lennart Torstenson, fiind prezent la a doua bătălie de la Breitenfeld (1642) și la Jankowitz
(1645). Din 1646 până în 1648 el a frecventat curtea suedeză, presupus ca un viitor soț al verișoarei sale regina regnantă, Christina a Suediei (1626-89, a domnit 1632-54), dar obiecția ei insurmontabilă la căsătorie a pus capăt acestor anticipări și, pentru a compensa vărul ei pentru o promisiune încălcată, l-a declarat succesorul ei în 1649, în ciuda opoziției Consiliului privat condus de Axel Oxenstierna. În 1648 a fost numit comandant al forțelor suedeze din Germania. Încheierea tratatelor de la Westfalia în octombrie 1648 l-a împiedicat să câștige laurii militari pe care se spune că le-a dorit, dar ca plenipotențiar suedez la congresul executiv de la Nürnberg, a avut ocazia să învețe diplomația, o știință pe care este descris ca fiind rapid stăpânită. Ca moștenitor recunoscut al tronului, poziția sa la întoarcerea sa în Suedia era periculoasă din cauza nemulțumirii tot mai mari față de regină. Prin urmare, el s-a retras pe insula Öland până când abdicarea reginei Christina la 5 iunie 1654 l-a chemat pe tron.