Carlo Alberto, figlio di Carlo Emanuele sesto principe di Carignano, e di Albertina Maria Cristina di Sassonia, dopo la morte prematura del padre ricevette la prima educazione a Ginevra e intraprese i suoi studi a Parigi, dove entrò in contatto con esponenti del pensiero liberale. I Savoia Carignano erano una famiglia molto diversa dal ramo principale della dinastia: a disagio nell'atmosfera rarefatta del secondo Settecento piemontese, essi preferivano i soggiorni a Parigi, Vienna, in Sassonia, partecipando a quel fiorire di idee e fermenti intellettuali propri dell'età dell'illuminismo. In particolare Albertina di Sassonia-Curlandia, madre di Carlo Alberto, non piaceva alla corte torinese in quanto donna colta, decisa, con simpatie per la religione riformata, che amava incontrare nel castello di famiglia a Racconigi intellettuali di tendenze illuministe.

Alla caduta di Napoleone, nel 1814, Carlo Alberto rientrò in Piemonte alla corte di Vittorio Emanuele I come erede al trono, in quanto mancava una diretta discendenza maschile nel ramo principale della famiglia reale.

Nel 1817 sposò a Firenze Maria Teresa d'Asburgo Lorena, figlia di Ferdinando III il Granduca di Toscana, dalla quale ebbe tre figli:  Vittorio Emanuele (1820-1878) suo successore, Ferdinando (1822-1855) duca di Genova e Maria Cristina (1826-1827).

Amico dei giovani esponenti del liberalismo piemontese, era al corrente della cospirazione che portò al moto del marzo 1821. Una volta assunta la reggenza, dopo l'abdicazione di Vittorio Emanuele I e data la lontananza del nuovo re Carlo Felice, il 14 marzo concesse agli insorti la costituzione di Spagna, ma subito dopo fu sconfessato dal sovrano e costretto ad andare in esilio in Toscana, dove visse con la sua famiglia per quasi tre anni.

Successivamente, dimostrato il suo pentimento per le colpe costituzionali e dopo aver partecipato alla repressione dei liberali spagnoli insorti, fu riconosciuto come legittimo erede al trono e si impegnò a non modificare il regime assolutista del Piemonte. Rientrato a Torino, dopo essere stato a ccolto freddamente dalla cittadinanza che non aveva affatto dimenticato il "tradimento", passava gran parte del suo tempo nel castello di Racconigi.

Fisicamente molto alto e magrissimo, caratterialmente era un uomo timido e pudico, poco incline alle dimostrazioni d'affetto. Uomo molto intelligente e colto, dedicava molte ore agli studi e alle letture, specialmente di carattere storico ed economico. L'ambasciatore francese Barante nei suoi Souvenirs lo descrive come " un carattere triste, sauvage, inquieto, diffidente, non cattivo; attende agli affari senza entusiasmo, non vede nessuno, non va in nessun luogo; è un solitario chiuso nella cornice del cerimoniale.Carattere chiuso, nulla di gioviale, di aperto; fugge nella conversazione pur essendo amabile, il suo sorriso è melanconico ". In realtà, nel suo stesso animo, così come nelle sue azioni, fu sempre tormentato dai dubbi e dall'indecisione, tanto da essere soprannominato "l'italo Amleto".

Contraddittorio fu poi il suo regno (1831-1848), da un lato severo e reazionario nel punire ogni tentativo di rivoluzione liberale, dall'altro lato innovatore nel risanare le finanze, nel promuovere lo sviluppo economico (favorendo lo sviluppo dell'agricoltura e del commercio) insieme a riforme amministrative miranti a rafforzare lo Stato e a renderne più moderne le strutture. L'opera di Carlo Alberto si inserì in una continua tensione tra i due partiti opposti, quello dei conservatori da un lato, e quello dei riformatori dall'altro, ma finì per scontentare entrambi.

Egli creò una corte sontuosa e fu promotore della cultura e delle arti, rinnovò gli Ordini cavallereschi, fondò l'Ordine Civile dei Savoia e aiutò la Chiesa.

Nel 1848 concesse la libertà di culto ai valdesi e, finalmente, lo Statuto. Ma il 1848 soprattutto fu l'anno in cui la dinastia sabauda si pose alla testa del movimento unitario italiano: Carlo Alberto, spinto dall'entusiasmo popolare e per controbilanciare le aspirazioni repubblicane presenti in settori influenti dei patrioti, dichiarò guerra all'Austria. Dopo le celebri vittorie di Goito e Pastrengo, seguirono le sconfitte, prima a Custoza, quindi a Novara (il 23 marzo 1849). Dopo questa disfatta abdicò in favore del figlio Vittorio Emanuele e partì per Oporto (Portogallo) sotto il nome di conte di Barge, dove morì quattro mesi dopo.