Passò l'infanzia in Francia dove suo zio il re Luigi XI lo fece educare dal conte di Dunois.

Appena quattordicenne salí al trono, alla morte del fratello Filiberto I, ed il re di Francia ne prese la tutela, vista la sua giovane età, per evitare problemi di successione dovuti alle pressioni dello zio paterno Filippo di Bresse.

Luigi XI mise allora alla reggenza degli stati sabaudi il vescovo di Ginevra Giovanni Ludovico per il Piemonte e Filippo di Bresse per la Savoia.

Nel 1483 il re di Francia morí e Carlo I rientrò a Torino per prendere subito in mano il governo dei suoi Stati.

Riuscí a rimettere in sesto una situazione politica malridotta, dovuta agli abusi dei baroni e dei signori feudali che avevano avuto, sino ad allora, nessun controllo e che avevano approfittato dei disordini che si erano manifestati per la successione dopo la morte di Amedeo IX.

Nel 1485 sposò Bianca di Monferrato da cui ebbe due figli, Jolanda Ludovica andata poi sposa a Filiberto futuro duca sabaudo e Carlo Giovanni Amedeo che fu il suo successore, tutti e due morti in giovane età.

Lo stesso anno ebbe da sua zia Carlotta, erede di Giovanni III ultimo re di Cipro, Gerusalemme e Armenia, il titolo di re di quei luoghi che venne trasmesso alla sua discendenza sino all'ottocento.

Avendo continui dissidi con Ludovico II, marchese di Saluzzo, nel 1487 occupò con il suo esercito Carmagnola e poi mise in assedio Saluzzo, sino a quando il Marchese fu costretto ad arrendersi e a sottomettersi al duca Carlo I che, ad un convegno svoltosi a Tours, fece riconoscere i suoi diritti su quei territori.

Proprio durante il ritorno da quel convegno il duca cominciò a stare male ed il 13 Marzo 1490 morí a Pinerolo con forti dubbi di un avvelenamento da parte del marchese Ludovico II.

Per ciò che riguarda la sua monetazione fu il primo del ramo savoia a far coniare la sua immagine sulle sue monete.