A pesar de que actualmente es la única consorte imperial no nacida como princesa, la suya es una antigua familia de la nobleza italiana que se estableció en Francia en el siglo XVII.
Nació en Boulogne-Billancourt, junto a su hermana melliza, la princesa Catalina.
Fue bautizado en Los Inválidos por el nuncio apostólico de Francia, el arzobispo Angelo Roncalli (luego el Papa Juan XXIII).
Carlos asistió al Collège Sainte-croix-des-neiges, Alta Saboya, pero se retiró para estudiar alemán en la Selva Negra, Alemania.
Contrajo nupcias por primera vez con Beatriz de Borbón y Chevron-Villette, con quien tuvo a sus hijos Carolina María Bonaparte y a Juan Cristóbal Bonaparte.