Era el cuarto hijo, el tercer hijo superviviente, del duque Ernesto Luis I de Sajonia-Meiningen y de su esposa, Dorotea María de Sajonia-Gotha-Altemburgo.

Carlos Federico heredó el ducado de Sajonia-Meiningen cuando su padre murió en 1724, junto con su hermano, Ernesto Luis II, bajo la tutela de sus tíos, Federico Guillermo y Antonio Ulrico, hasta 1733.

Cuando su hermano mayor murió sin contraer matrimonio en 1729, Carlos Federico gobernó en solitario hasta su muerte.

Como su hermano, nunca contrajo matrimonio, y a su muerte fue sucedido por su tío, Federico Guillermo.

• Hannelore Schneider: Das Herzogtum Sachsen-Meiningen unter seinen ersten Herzögen. Südthüringer Forschungen, Heft 27, 300 Jahre Schloss Elisabethenburg, Meiningen 1994.
• L. Hertel: Meiningische Geschichte von 1680 bis zur Gegenwart. Schriften des Vereins für Sachsen-Meiningische Geschichte und Landeskunde, 47. Heft, Hildburghausen 1904.