Родился 12.01.1562. Сын герцога Савойского Эммануила Филиберта и его жены Маргариты Валуа.

Карл Эммануил проводил умеренную внутреннюю политику, чем содействовал развитию экономики в принадлежавших ему феодах. Во внешней политике участвовал в многочисленных войнах, стремясь расширить личные владения, за что был прозван современниками "герцогом-грабителем".

Карл Эммануил долгие годы боролся с Францией за маркграфство Салуццо (1588-1601), в 1601 добился признания Генрихом IV своей власти над этим владением в обмен на уступку ряда своих территорий между Бургундией и Дофинэ.

В том же году предпринял попытку захватить Женеву (т.н. Женевская эскалада), закончившуюся неудачей. В 1613-1617 участвовал в Первой войне за Монферрат, в 1628-1631 — безуспешно участвовал в войне за мантуанское наследство, а также в других войнах, приведших к подрыву экономики страны и ряду территориальных потерь.

Карл Эммануил был кандидатом на трон французского королевства. Намеревался возглавить освободительное движение балканских христиан из-под власти османских султанов, чтобы в дальнейшем встать во главе их королевства.

С 1585 Карл Эммануил был женат на Каталине Австрийской, дочери испанского короля Филиппа II. После смерти Карла Эммануила 26.06.1630 престол Савойского герцогства унаследовал его сын Виктор Амадей (1587-1637). Ещё один сын, Эммануил Филиберт (1588-1624), стал вице-королём Сицилии.