Unico figlio maschio sopravvissuto di Filippo IV d'Asburgo e della sua seconda moglie Marianna d'Austria, nacque a Madrid il 6 Novembre 1661. Fu l'ultimo re spagnolo della dinastia Asburgo.
Successe al padre nel 1665 a soli quattro anni, sotto la reggenza della madre, diventando re di Spagna come Carlo II e re di Napoli e Sicilia come Carlo V.
Nel 1675, a soli quattordici anni, terminata la reggenza, Carlo assunse i poteri regali.
Nel 1679 sposò Maria Luisa d'Orléans, nipote di Luigi IV di Francia, che morì nel 1689 senza avergli dato figli. Sposò in seconde nozze Maria Anna di Neuburg.
Carlo II morì senza eredi il 1 Novembre 1700, nominando successore Filippo d'Angiò, nipote del re di Francia Luigi IV e di Maria Teresa d'Austria, sorella maggiore di Carlo. L'estinzione della casa di Asburgo di Spagna fu l'elemento scatenante per la guerra di successione spagnola (1700-1714) che vide impegnati i regni rivali di Francia e Austria.