Skvělý původ měl i po matce, Žofii Bavorské (1805 – 1872), dcery bavorského krále Maxmiliána I. Josefa, které se narodil 30. července 1833 ve Vídni. Žofie dbala na to, aby byl řádně vychován jako oddaný římský katolík. Tato jeho víra se v pozdějších letech vystupňovalo až do náboženské mánie, která vedla k jeho odklonu od světských záležitostí.
Karel Ludvík od dětství žil ve stínu svých starších a zřejmě průbojnějších bratrů Františka Josefa (1830 – 1916), pozdějšího rakouského, resp. rakousko-uherského císaře Františka Josefa I., a Ferdinanda Maxmiliána (1832 – 1867), pozdějšího mexického císaře Maxmiliána I. Mexického, nakonec svrženého a popraveného. Karel Ludvík se nijak zvlášť nezajímal ani o politiku, ani o svou vojenskou kariéru, i když to roku 1884, jak se slušelo na člena císařského domu, dotáhl na generála kavalerie. Stal se místodržícím v Tyrolsku a Vorarlbersku, kde se však stal sympatizantem konzervativních klerikálů, kteří nesouhlasili s protestantským patentem, zakotveným do nové ústavy. Z toho důvodu se rozhodl roku 1861 ze své funkce odstoupit a do budoucna se zřekl jakéhokoliv dalšího politického působení.
Nadále proto vystupoval pouze jako reprezentant císařského domu při nejrůznějších slavnostních příležitostech a výstavách, čímž si vysloužil nepříliš lichotivou přezdívku „výstavní arcivévoda“. V roce 1889, po skandální sebevraždě korunního prince Rudolfa (1858 – 1889), jediného syna Františka Josefa I., se stal prvním následníkem trůnu, protože prostřední bratr Maxmilián I. Mexický již nebyl naživu. Z tohoto titulu zastupoval císaře i na zahraničních cestách, i když oficiálně však následníkem trůnu nikdy jmenován nebyl. Záhy se také svého následnictví vzdal ve prospěch svého nejstaršího syna Františka Ferdinanda (1863 – 1914).
Ten získal svůj přídomek d´Este na základě dědické dohody s pobočnou habsbursko-lotrinskou rodovou větví. Poté, co byl v roce 1914 zvražděn při sarajevském atentátu, přešlo jeho nástupnické právo na Karla (1887 – 1922), budoucího posledního rakousko-uherského císaře Karla I., což byl syn Ferdinandova mladšího bratra Oty (1865 – 1906), známého svým skandálem v hotelu Sacher, kde se procházel po chodbě oděn jen opaskem se svou šavlí. Potomci Františka Ferdinanda d Éste byli z nástupnictví vyloučeni kvůli tomu, že pocházeli z Ferdinandova morganatického sňatku s „nedostatečně urozenou“ Žofií Chotkovou.
Roku 1896 Karel Ludvík vykonal, jakožto velmi hluboce věřící člověk, pouť do Svaté země. Zde se napil vody z Jordánu a v důsledku toho se nakazil tyfem, na jehož následky po návratu z cesty ve Vídni 19. května 1896 zemřel. Je pohřben v Císařské hrobce ve Vídni v kryptě kapucínského kláštera.
Kromě již zmíněných synů Františka Ferdinanda a Oty pocházejících z jeho druhého manželství s Marii Annunciatou Neapolsko-Sicilskou (1843 – 1871), dcerou krále Obojí Sicílie Ferdinanda II., do českých dějin částečně zasáhla a vlastně i nyní stále zasahuje i jeho dcera Alžběta Amálie (1878 – 1960) z jeho třetího manželství s Marii Terezii Portugalskou (1855 – 1944), dcerou portugalského prince a vzdorokrále Michala. Alžběta Amálie se v roce 1903 provdala za lichtenštejnského knížete Aloise Adolfa. Roku 1909 zdědil Alois panství Velké Losiny na Moravě, které se po roce 1989 staly předmětem restitučních jednání, která zřejmě nyní vyústí až do soudního sporu. Ve Velkých Losinách žila Alžběta Amálie s rodinou do roku 1944, kdy odtud před blížící se frontou uprchla do Vaduzu, kde pak žila až do smrti. Byla babičkou současného vládnoucího lichtenštejnského knížete Hanse Adama II. (nar. 1945).
