1 февраля 1908 года в Лиссабоне открытый экипаж, в котором ехала Королевская семья, был обстрелян двумя убийцами. Жене Карлуша I, королеве Амелии, и их младшему сыну Мануэлу удалось спастись, а сам Король и его старший сын Луиш Филипе погибли. Карлуш I стал первым португальским Королем, умершим насильственной смертью, со времен Себастьяна I, правившего еще в XVI веке.
Карлуш I родился 28 сентября 1863 года в Лиссабоне в семье короля Португалии Луиша I и его супруги, Марии Пии Савойской, дочери первого короля объединенной Италии Виктора Эммануила II.
Двоюродными братьями Карлуша по отцовской линии были такие будущие европейские монархи, как саксонский король Фридрих Август III, румынский король Фердинанд I и германский кайзер Вильгельм II, а по материнской — король Италии Виктор Эммануил III. Было у будущего короля и двое родных младших братьев: Афонсу, герцог Порто (1865—1920) и еще один брат, родившийся 27 ноября 1866 года и умерший на следующий день.
Будучи старшим сыном короля, а значит и наследником престола, Карлуш воспитывался как будущий монарх. С ранних лет он получал усиленное образование и много путешествовал по стране, а в 1883 году по инициативе отца поехал в Италию, Англию, Францию и Германию, чтобы познакомиться с европейскими обычаями и повысить уровень своих знаний в различных областях.
Это было обусловлено тем, что король Луиш I регулярно отправлялся в путешествия по Европе и сделал их традицией для португальских конституционных монархов. Во время трех таких длительных поездок (в 1883, 1886 и 1888 годах) Карлуш исполнял обязанности регента при отсутствующем отце. А 19 октября 1889 года, когда Луиш I скончался, он взошел на трон и стал его преемником, короновавшись как Карлуш I.
Первой претенденткой на брак с Карлушем была его дальняя родственница, одна из дочерей кайзера Фридриха III, но брак не удался из-за разницы в вероисповеданиях: португальский принц был набожным, ревностным католиком, а его предполагаемая жена исповедовала протестантизм. В итоге Карлуш женился на Амелии Орлеанской (1865—1951), принадлежавшей к Орлеанскому дому, дочери Филиппа Орлеанского, претендента на французский трон. Амелия родила ему двоих сыновей: Луиша Филипе (1887—1908) и Мануэла (1889—1932). Помимо того, в 1888 году у супругов на свет появилась дочь инфанта Мария, но она прожила совсем недолго и умерла в том же году.
Во время Берлинской конференции 1884 года, в ходе которой предстояло решить судьбу колониальной Африки, португальская делегация отстаивала проект т. н. «Розовой карты», по которому Англии предлагалось уступить в пользу Португалии ряд внутриконтинентальных африканских территорий (сегодня — части Зимбабве, Замбии и Малави) с целью образования «Второй Бразилии» — трансконтинентального моста португальских владений в Африке. В обмен на переданный, хотя бы узкий, «коридор» между Анголой и Мозамбиком Португалия предлагала англичанам ряд исследованных португальцами территорий в Африке и Азии. Но в этом случае линия Каир-Кейптаун оставалась бы зависимой от Португалии, а Англию это никак не устраивало. Переговоры замораживались и затягивались.
После прихода к власти Карлуша I Британская империя, накануне развернувшая настоящую информационную войну против Португалии, объявила ей унизительный ультиматум, которому молодой король был вынужден подчиниться: в августе 1890 года были подписаны унизительные для страны англо-португальские соглашения, окончательно определившие границы африканских колоний королевства. С этого момента граница между португальскими Восточной Африкой и Западной Африкой, а также британской Родезией, проходили по рекам Замбези и Конго. Другой колониальный договор, по сути, ставший закреплением положений первого, был подписан 14 октября 1899 года. Оба акта подписи соглашений состоялись под давлением Англии и были крайне непопулярны среди португальцев. Авторитет и репутация монарха пошатнулись, а само государство постепенно начало терять свою самостоятельность, впадая в экономическую и политическую зависимость от Англии.
На внутриполитическом поприще в период правления Карлуша I монархическая власть дважды показала свою несостоятельность: 14 июня 1892 года, а впоследствии 10 мая 1902 года, страна объявлялась банкротом, что вызвало сбои в промышленности, рост республиканского антагонизма и антимонархических настроений в Португалии. Банкротство было вызвано не только экономической неполноценностью государства, но и чрезмерной расточительностью и чревоугодием короля.
В ответ на беспорядки в стране Карлуш принял роспуск парламента, а 19 мая 1906 года назначил на пост премьер-министра Португалии Жоао Франко, по инициативе которого было сформировано новое, антиреспубликанское правительство, а в государстве установилась жесткая авторитарная военная диктатура, что еще более усугубило положение монарха.
В то же время, Карлуш I выступал как покровитель науки и искусств. В 1894 году он принял участие в торжественных мероприятиях, приуроченных к 500-й годовщине со дня рождения Генриха Мореплавателя. Кроме того, король проявлял интерес к глубоководным и морским исследованиям, которые неоднократно проводил сам, и писал довольно незаурядные картины.
1 февраля 1908 года король, королева и их сыновья возвращались с отдыха в Лиссабон. Когда открытый экипаж, где находилась королевская семья, выехал на площадь Террейру-ду-Пасу, террористы-республиканцы Альфредо Коста и Мануэль Буиса открыли по ним огонь. Коста стрелял в короля из револьвера, а Буиса, бывший военный и снайпер, сделал пять выстрелов из винтовки, скрытой под его длинным пальто: король был убит на месте, а его старший сын, престолонаследник Луиш Филипе скончался через 20 минут, не приходя в сознание. Принц Мануэл был легко ранен в руку. Единственным членом семьи, который не получил ранений, была супруга Карлуша I, Амелия Орлеанская, отбивавшаяся от террористов с помощью большого букета, чтобы спасти жизнь младшему сыну.
Оба цареубийцы были убиты на месте: Коста — затоптан толпой, а Буиса — застрелен гвардейским офицером. Следующим королем Португалии стал Мануэл II, но он был слишком молод и безынициативен, что привело к Португальской революции в 1910 году и окончательному свержению монархии в стране.
В 2006 году в городе Кашкайше Карлушу I был поставлен бронзовый памятник. Скульптор Луиш Валадареш изобразил короля в морской униформе стоящим на борту судна с биноклем в руках и смотрящим на залив Кашкайша, на берегу которого монумент и был поставлен. В церемонии открытия памятника участвовал президент Португалии Анибал Каваку Силва, назвавший короля «больше, чем культурным человеком, ценителем искусства и покровителем науки».
В 2008 году, в день столетия со дня Лиссабонского цареубийства, на площади Коммерции, где недавно была установлена памятная доска, собралось несколько сотен португальских монархистов. Манифестация завершилась возложением у доски венка и траурной минутой молчания. В церемонии принял участие и претендент на португальский престол герцог Браганский, с женой и сыном.