Hija del landgrave Guillermo V de Hesse-Kassel y de Amalia Isabel de Hanau-Münzenberg, Carlota fue entregada por esposa a Carlos I Luis del Palatinado cuando aún era muy joven, siendo esta elección poco afortunada para ella.

La muchacha sufría mucho por la conducta de su marido y lo acusó de ser violento y demasiado interesado en la caza, actividad de lo distraía del gobierno y de la vida en pareja.

De todas formas, su fuerza de voluntad la empujó a separarse cada vez más de Carlos Luis, quien encontró en su amante, María Luisa de Degenfeld, lo que no encontró con su mujer y le pidió el divorcio.

Tras la oficialización del divorcio, Carlota no regresó a Kassel sino que siguió residiendo en el Castillo de Heidelberg, con la esperanza que su marido volviera con ella.

Con Luis Carlos tuvieron dos hijos: