卡尔王子出生后数天就封为海军上将，1772年支持兄长古斯塔夫三世夺取议会权力，获封为南曼兰公爵。1788年，古斯塔夫三世为解决国内纠纷，对俄罗斯宣战，卡尔带领海军，在霍格兰战役（1788年6月7日）和戈格兰海战（1789年7月26日）与俄军交战。1792年，古斯塔夫三世被刺杀后，有传言指他早就对刺杀古斯塔夫的计划知情。古斯塔夫四世·阿道夫继位后，南曼兰公爵卡尔王子摄政，直至新国王成年。古斯塔夫四世对外用兵，但履战履败，使芬兰和波美拉尼亚落入敌国之手。1809年，古斯塔夫四世被将领软禁，其后宣布退位，议会随即选举卡尔王子为国王，是为卡尔十三世。

他和表妹海德维格·伊丽沙白·夏洛特结婚，生有两子，但都早夭。1810年1月，卡尔的表弟克里斯蒂安·奥古斯特立为王储，但4个月后就中风死亡；有传言却指他是被阿克塞尔·冯·费尔森毒杀的，并在他的葬礼上把费尔森元帅打死。卡尔另立储君之际，深感拿破仑对欧洲各国的影响力，于是派出大臣卡尔·奥托·莫尔奈前往法国询问拿破仑的意愿。但莫尔奈独自行事，把王位出卖了给法国元帅让-巴蒂斯特·贝尔纳多特。贝尔纳多特后来获议会选举为储君；他来到瑞典后，获卡尔十三世收为义子，改名“卡尔·约翰”。

1812年，卡尔·约翰王储逐渐接掌军政大权。卡尔十三世曾期望卡尔·约翰领兵，从俄罗斯手中收复芬兰，但他没有这样做。他继续攻打丹麦，使丹麦割让挪威，并且打败不愿和瑞典合并的挪威。1814年莫斯条约后，挪威议会选出卡尔十三世登上挪威王位，是为挪威国王卡尔二世，创建了瑞典-挪威联合。

卡尔十三世于1818年2月5日晚上10时14分去世，但他早就在1811年3月17日病重时，就“把自己和王国交托给王储”。卡尔·约翰继任瑞典和挪威国王，称卡尔十四世·约翰和卡尔三世·约翰。

卡尔十三世是瑞典共济会会员，奉行瑞典礼仪，并创立了卡尔十三世骑士团。