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  卡尔于在斯图加出生,是威廉一世(1781-1864年)和第三位妻子符腾堡女公爵保琳娜(1800-1873)的儿子。他一出生就成为符腾堡王储。青少年的他曾于柏林和图宾根读书。  1846年7月13日,卡尔与表姐俄罗斯女大公奥莉加·尼古拉耶芙娜在圣彼得堡的彼得霍夫宫结婚。妻子奥莉加是俄罗斯沙皇尼古拉一世和皇后——普鲁士公主弗雷德里卡·路易莎·夏洛特·威廉明娜的女儿,而岳母夏洛特又是腓特烈·威廉三世与梅克伦堡-施特雷利茨的路易斯的女儿。斯图加人民于9月23日为未来国王新婚归国举行了盛大的欢庆仪式。他们在斯图加兴建了维拉·贝格作为住所。王储夫妇没有子女,原因或许是卡尔的同性恋倾向。  1864年6月25日,卡尔的父亲符腾堡国王威廉一世去世,卡尔继位为符腾堡国王卡尔一世,并在次月举行了加冕仪式。1864年12月24日,符腾堡国王卡尔一世签署了出版和结社自由的法令。1866年普奥战争以普鲁士王国战胜、奥地利帝国战败告终,奥地利帝国主导的德意志邦联解散,普鲁士王国主导的北德意志邦联成立,符腾堡王国、巴伐利亚王国、黑森大公国、巴登大公国在普鲁士王国与法兰西第二帝国之间徘徊。1870年普法战争以普鲁士王国战胜、法兰西第二帝国战败告终。1871年德意志帝国成立,符腾堡王国、巴伐利亚王国、黑森大公国、巴登大公国与北德意志邦联各成员一同成为德意志帝国的联邦主体,但仍保留铁路、邮政、文化、军队等权利。  符腾堡国王卡尔一世于1890年被英国维多利亚女王授予嘉德勋章。  符腾堡国王卡尔一世1891年10月6日在斯图加去世,终年68岁。他没有子嗣,符腾堡王位被传予他的堂侄兼外甥威廉。他的妻子于第二年在腓特烈港去世。二人合葬于阿尔滕城堡的教堂里。
卡尔一世(Karl I,1823年-3月6日-1891年-10月6日),全名卡尔·腓特烈·亚历山大("Karl Friedrich Alexander"),第三任符腾堡国王,1864年6月25日至1891年10月6日在任。