Nacido en Madrid, tras un viaje nocturno desde San Lorenzo de El Escorial, debido a su aspecto débil se le administró el agua de socorro inmediatamente y se le impuso por nombre Carlos.^[2]​ Su bautismo solemne se produjo un mes después, el domingo, 14 de octubre, por el arzobispo de Toledo, don Bernardo de Sandoval; siendo sus padrinos sus hermanos el príncipe Felipe y la infanta Ana.^{[Nota 1]}​^[3]​^[4]​^[5]​^[6]​

Tras la muerte de su padre Felipe III, en 1621, y hasta el nacimiento de su sobrino, Baltasar Carlos, en 1629, ocupó el primer puesto en la línea de sucesión al trono. Nunca mantuvo buenas relaciones con el valido de su hermano, el Conde-Duque de Olivares, y fue utilizado por varios nobles contrarios a éste para intentar derrocarle; no obstante, Carlos siempre se mostró poco atraído por los asuntos políticos. Estuvo a punto de subir al trono durante la gravísima enfermedad que sufrió Felipe IV en 1627 y de la que finalmente se recuperó. A partir del nacimiento de su sobrino, el príncipe Baltasar Carlos, su papel político, si es que alguna vez fue importante, se disipó completamente.^[1]​^[7]​ En 1629 fue padrino de bautismo, junto con su hermana María de su sobrino Baltasar Carlos.^[8]​

Don Carlos murió el 30 de julio de 1632 a los 24 años de edad, tras una rápida enfermedad que había empezado el día 24 de julio.^[9]​

Es considerado como uno de los más enigmáticos personajes de aquel período debido a su extraña y puede que enfermiza personalidad.^[1]​^[7]​

A su muerte, el escritor Francisco de Quevedo le dedicó el soneto titulado Túmulo al serenísimo Infante Don Carlos. Destaca su retrato, obra de Velázquez, quien logró plasmar la complicada psicología del infante.

•   Caballero de la Insigne Orden del Toisón de Oro (7 de diciembre de 1623).^[10]​

• Retrato del infante Don Carlos, por Diego Velázquez.

•   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Carlos de Austria.
•   Wikisource contiene obras originales de o sobre Carlos de Austria (1607-1632). Soneto Túmulo al serenísimo Infante Don Carlos escrito por Francisco de Quevedo

1. ↑ ^{a b c d} Campo, Carlos Robles do (2005). «Los infantes de España en los siglos XVI y XVII». Anales de la Real Academia Matritense de Heráldica y Genealogía (9): 383-414. ISSN 1133-1240. Consultado el 21 de agosto de 2019.  Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; el nombre «:0» está definido varias veces con contenidos diferentes
2. ↑ Córdoba, Luis Cabrera de (1857). Relaciones de las cosas sucedidas en la corte de España, desde 1599 hasta 1614. Imprenta de J. Martín Alegria. Consultado el 12 de octubre de 2019. 
3. ↑ Córdoba, Luis Cabrera de (1857). Relaciones de las cosas sucedidas en la corte de España, desde 1599 hasta 1614. Imprenta de J. Martín Alegria. Consultado el 12 de octubre de 2019. 
4. ↑ Torquemada, Gerónimo Gascón de (1991). Gaçeta y nuevas de la Corte de España desde el año 1600 en adelante. RAMHG. p. 28. ISBN 9788460078555. Consultado el 26 de septiembre de 2019. 
5. ↑ Mendoza, Pedro Salazar de (1794). Origen de las dignidades seglares de Castilla y León: con relación sumaria de los reyes de estos reynos ..., con un resumen al fin de las mercedes que su majestad ha hecho de marqueses y condes desde el año de 1621 hasta fin del de 1656 .... en la oficina de don Benito Cano. Consultado el 27 de septiembre de 2019. 
6. ↑ Mendoza, Pedro Salazar de (1771). Historia de la vida y hechos del inclito monarca, amado y santo D. Felipe Tercero. Obra posthuma (etc.): 3. Ibarra. Consultado el 27 de septiembre de 2019. 
7. ↑ ^{a b} «Carlos de Austria | Real Academia de la Historia». dbe.rah.es. Consultado el 25 de septiembre de 2019. 
8. ↑ Mendoza, Pedro Salazar de (1794). Origen de las dignidades seglares de Castilla y León: con relación sumaria de los reyes de estos reynos ..., con un resumen al fin de las mercedes que su majestad ha hecho de marqueses y condes desde el año de 1621 hasta fin del de 1656 .... en la oficina de don Benito Cano. Consultado el 27 de septiembre de 2019. 
9. ↑ Torquemada, Gerónimo Gascón de (1991). Gaçeta y nuevas de la Corte de España desde el año 1600 en adelante. RAMHG. p. 341. ISBN 9788460078555. Consultado el 26 de septiembre de 2019. 
10. ↑ Torquemada, Gerónimo Gascón de (1991). Gaçeta y nuevas de la Corte de España desde el año 1600 en adelante. RAMHG. p. 187. ISBN 9788460078555. Consultado el 26 de septiembre de 2019.