Шведский принц из династии Васа, второй выживший сын Карла IX и его второй жены Кристины Гольштейн-Готторпской, во времена Смуты претендент на русский престол. Младший брат Густава II Адольфа. После смерти отца в 1611 г. получил титул герцога Сёдерманландского.
5 марта 1620 г. тайно женился на Элисабет Риббинг (1596—1662), их дочь Элисабет Карлсдоттер родилась после его смерти. В 1621 г сопровождал своего брата Густава II Адольфа в Балтийском походе. Летом 1621 г. шведская армия осадила Ригу. После её взятия в сентябре тяжело заболел и умер в январе 1622 г. в Нарве.
Был последним правящим герцогом Сёдерманландским. Когда Густав III восстановил герцогство в 1772 г. для своего брата Карла, оно стало только почётним титулом.
Основанный в 1611 году город Филипстад в провинции Вермланд назван в честь него.
