Kaarle XVI Kustaan vanhemmat ovat Ruotsin prinssi Kustaa Adolf (1906–1947) ja Saxe-Coburg-Gothann suvun Sibylla (1908–1972). Syntyessään hän sai Jämtlandin herttua arvonimen. Maata hallitsi tuolloin hänen 90-vuotias isoisoisänsä Kustaa V, ja Kaarle Kustaa oli kruununperimysjärjestyksessä kolmas isoisänsä Kustaa Aadolfin ja isänsä jälkeen. Vuonna 1947, Kaarle Kustaan ollessa vain vuoden ikäinen, hänen isänsä kuoli lento-onnettomuudessa. Kun hänen isoisänsä Kustaa VI Aadolf 1950 nousi valtaistuimelle, nelivuotiaasta Kaarle Kustaasta tuli Ruotsin kruununperijä.
Kaarle Kustaa nousi Ruotsin valtaistuimelle isoisänsä kuoltua 19. syyskuuta 1973. Yli hypätyn sukupolven vuoksi hän oli kuninkaaksi tullessaan vain 27-vuotias. Perustuslaillinen uudistus 1974 vei häneltä käytännöllisesti katsoen kaiken vallan, ja kuninkaasta tuli vain maan keulakuva.
Kuninkaan nimipäivä 28. tammikuuta ja syntymäpäivä 30. huhtikuuta ovat Ruotsissa virallisia liputuspäivä.
Hän meni naimisiin Silvia Sommerlathinin kanssa 19. kesäkuuta 1976, jolloin Silviasta tuli Ruotsin kuningatar. Kuningas asuu Drottningholmin linnassa Tukholman ulkopuolella. Hän harrastaa metsästystä ja autoilua ja on Ruotsin laivaston amiraali ja armeijan ja ilmavoimien kenraali. Hänellä ja hänen vanhimmalla lapsellaan prinsessa Victorialla on lukihäiriö.
Kansainvälisesti tunnetuin Kaarle XVI Kustaan edustustehtävä on Nobel-palkintojen jako, jonka lisäksi hän jakaa myös Polar Music Prize -palkinnon Tukholmassa vuosittain.
Perijät
- Kruununprinsessa Victoria, Länsi-Göötanmaan herttuatar (s. 1977)
- Prinssi Carl Philip, Värmlandin herttua (s. 1979)
- Prinsessa Madeleine, Hälsinglandin ja Gästriklandin herttuatar (s. 1982)