Карл Людовик родился в семье Людовика Бурбон-Пармского и Марии-Луизы Испанской, дочери короля Испании Карла IV. Он был внуком Фердинанда I, герцога Пармы в 1765—1802 годах.
После захвата Наполеоном I территории Пармского герцогства Людовик Бурбон-Пармский в 1801 году был назначен королём Этрурии, нового государственного образования, созданного на месте Великого герцогства Тосканского. Карл Людовик наследовал своему отцу в 1803 году при регентстве своей матери Марии-Луизы.
В 1807 году вследствие франко-испанского соглашения королевство Этрурия было ликвидировано, а его территория в качестве департамента присоединена к Франции. В качестве компенсации юному Карлу Людовику был обещан трон Лузитании, государства, которое Наполеон планировал создать на севере Португалии. Но этим планам не суждено было осуществиться.
После падения Наполеона в 1815 году по решению Венского конгресса Пармское герцогство было восстановлено, но трон в нём получили не Бурбоны, а жена Наполеона Мария-Луиза Австрийская, которая управляла им до своей смерти. Взамен Пармские Бурбоны получили маленькое герцогство Луккское и обещание после смерти Марии-Луизы присоединить к Пармы территории Пьяченцы и Гуасталлы. Герцогиней Луккской стала мать Карла Людовика, а после её смерти в 1824 году трон Лукки унаследовал он сам.
В первые годы самостоятельного правления он не принимал активного участия в государственном управлении, передоверив его правительству во главе с Антонио Манси, а сам в период с 1824 по 1827 годы много путешествовал по Италии. В 1827 году переехал в Германию, где ему принадлежали два замка: Ухендорф и Вайстроп (около Дрездена) и до 1833 года жил там.
В начале 1830-х годов он начал проявлять больший интерес к государственным делам. В 1833 году он провёл всеобщую амнистию в Лукке. Во внешней политике заметным шагом Карла Людовика было признание результатов Июльской революции 1830 года во Франции. Он также активно поддерживал карлистов в Испании. В 1834 году его дядя карлистский претендент дон Карлос старший (Карл V) провозгласил Карла Людовика инфантом Испании.
После смерти императрицы Марии-Луизы 17 декабря 1847 года Лукка была присоединена к Великому герцогству Тосканскому, а Карл Людовик был восстановлен на троне Пармского герцогства.
Но правление его оказалось недолгим. Уже 19 марта 1848 года в Пармы началось народное восстание, ставшее частью событий революции 1848—1849 годов в Италии. Карл II был вынужден денонсировать оборонительный союз с Австрией и обещать введение в Пармы конституции. Однако через месяц 19 апреля он отказался от своего обещания и вынужден был передать власть временному правительству, которое 16 июня 1848 года объявило о присоединении к Сардинскому королевству. Однако 24-25 июля 1848 года сардинские войска потерпели поражение от австрийцев в сражении при Кустоцце, австрийская армия заняла территорию Пармского герцогства и Карл II аннулировал все постановления временного правительства.
В марте 1849 года военные действия между Австрией и Сардинией были возобновлены и австрийские войска были эвакуированы из Пармы. Лишившись поддержки австрийцев и устав от борьбы Карл II 17 мая 1849 года объявил об отречении от престола в пользу своего сына Карла III Фердинанда.
Последние 34 года своей жизни Карл Людовик провёл за пределами Пармы, в Сардинском королевстве и в Тоскане, пользуясь титулом графа Виллафранка. После уступки Италией в 1860 году части Лигурии с Ниццей Наполеону III Карл Людовик поселился в этом городе и умер там 16 апреля 1883 года.
5 сентября 1820 года вступил в брак с Марией Терезой Савойской (1803—1879), дочерью сардинского короля Виктора Эммануила I и Марии-Терезы Моденской из дома Габсбургов. В этом браке рождены двое детей: Луиза (1821—1823) и Карл Фердинанд (1823—1854) (будущий Карл III Пармский).