Fue creado Duque de Valois en el momento de su nacimiento. Su padre, Monsieur Felipe de Francia era hermano de Luis XIV mientras que su madre, Enriqueta de Inglaterra, era hija del rey Carlos I de Inglaterra, depuesto y ejecutado durante la revolución inglesa, y la princesa francesa Enriqueta María de Francia. Es decir, sus padres eran primos hermanos. Fue llamado Felipe en honor a su padre y Carlos por su abuelo materno.

Su nacimiento ayudó a suavizar la difícil relación que sus padres mantenían; su padre era un homosexual dominado por su amante, el caballero de Lorena, mientras que su madre mantenía coqueteos con otros hombres de la corte, incluyendo su cuñado el rey. Rumores de la corte afirmaban que la hermana mayor de Felipe Carlos, María Luisa, era en realidad hija de Luis XIV.

Después de la muerte de la reina madre, Ana de Austria, en enero de 1666, Luis XIV prometió criar a Felipe Carlos junto con su primo hermano Luis, Delfín de Francia. Sin embargo, antes de terminar el año, pocos horas después de haber sido bautizado, Felipe Carlos murió víctima de convulsiones en el Palacio Real de París. Su temprana muerte afectó profundamente a su madre.^[2]​ Su corazón fue depositado en la Capilla de Santa Ana de la Iglesia de Val-de-Grâce y sus entrañas fueron llevadas a la capilla de Orleans en la iglesia del Convento de los Celestinos de París. Su cuerpo fue sepultado en la Real Basílica de Saint Denis, en las afueras de París, sin embargo tras la revolución francesa, fue profanado y arrojado a una fosa común junto con los de los demás reyes, reinas y miembros de la familia real francesa. En 1817, por orden del rey Luis XVIII la fosa fue abierta y los huesos trasladados nuevamente a la basílica y depositados en la cripta en el osario común.

• 16 de julio de 1664 - 8 de diciembre de 1666 Su Alteza Real el Duque de Valois (en francés: Monseigneur le duc de Valois)