Prins Carlos is geboren op 27 januari 1970 in het Radboudziekenhuis in Nijmegen als zoon van prinses Irene en Carlos Hugo de Bourbon de Parme (1930-2010). Carlos heeft twee zussen: prinses Margarita (1972) en prinses Carolina (1974) en een broer prins Jaime (1972). Prins Carlos is gedoopt op 10 februari 1970 in de Kapel van kasteel van Lignieres. Zijn peetouders zijn: koningin Juliana en Xavier Bourbon Parme (opa).

Prins Carlos verlooft zich in oktober 2009 met Annemarie Gualthérie van Weezel. Het paar trouwt op 12 juni 2010 in Wijk bij Duurstede voor de burgerlijke stand. De kerkelijke inzegening wordt uitgesteld vanwege het overlijden van prins Carlos Hugo, de vader van Carlos. Het kerkelijke huwelijk vindt uiteindelijk plaats op 20 november 2010 in de Abdij Ter Kameren in Brussel.

Het paar heeft drie kinderen: prinses Luisa Irene (2012), prinses Cecilia (2013) en prins Carlos jr. (2016). Uit een eerdere relatie heeft Carlos nog een zoon: Carlos Hugo Roderik Sybren Klynstra (1997). Deze heeft prins Carlos overigens niet erkend.

Prins Carlos is sinds het overlijden van zijn vader Carlos Hugo de Bourbon de Parme op 18 augustus 2010 hertog van Parma en hoofd van het huis Bourbon-Parma. Op 28 augustus 2010 wordt hij, in de Santa Maria della Steccata in Parma, geïnstalleerd als grootmeester van de Constantijnse Orde van Sint-Joris, de Parmezaanse tak van de Heilige Militaire Constantinische Orde van Sint-Joris.