Nació en el Palacio Real de Portici (Nápoles), el 11 de noviembre de 1748. Era hijo de Carlos III y María Amalia de Sajonia. El 4 de septiembre de 1765, se celebró en Parma, la boda por poderes entre Carlos Antonio (Carlos IV) y María Luisa de Parma, tuvieron catorce hijos. Carlos heredó la corona de España a la muerte de su padre en 1788.
Era de carácter bondadoso y sencillo, sin malicia; de inteligencia limitada, no gobernó, sino que puede decirse fue gobernado por la inteligencia más viva, despierta e inquieta de su mujer, aun en los negocios de Estado; muy amante de la caza, como su padre, y de la vida hogareña y recogida, en contraste con la solemnidad y empaque de la corte de Carlos III. Le gustaba los trabajos manuales, aprendió el oficio de carpintero-ebanista, que practicaba con maestría; tuvo también verdadera pasión por los relojes.
Carlos IV fue sin voluntad de gobernar y dejó las tareas de gobierno en manos de validos- los primeros años de su reinado estuvieron marcados por la política que ejercieron los ministros Floridablanca (continuó las reformas anteriores) y el Conde de Aranda (política de neutralidad) pero a partir de 1793 la dirección del país la tomó el valido del rey- Godoy, que era su ministro hasta el fin de su reinado. (Era tambien favorito de la reina María Luisa y se decía que era su amante). Carlos tomó la iniciativa de derogar la Ley Sálica impuesta por su antecesor Felipe V, medida ratificada por las Cortes de 1789, que no se llegó a promulgar.
El reinado de Carlos IV coincidió con el periodo revolucionario en la vecina Francia, lo que influirá en su política interior y exterior. En 1793 Godoy declaró la guerra a Francia, que acabó con la derrota para España y la firma del tratado de Basilea (1795). Con el tratado de San Ildefonso de 1796 España se alió con su antiguo enemigo francés (Napoleón) y eso cambió la orientación de la diplomacia del reino. España entró en guerra (1796-97) con Gran Bretaña. Las presiones de Napoleón llevaron a Carlos IV a enfrentarse a Portugal y atacó a Portugal en 1801- Guerra de las Naranjas, que proporcionó a España la población de Olivenza. La paz de Amiens de 1802 supuso un breve paréntesis en las hostilidades con los ingleses y la recuperación de Menorca. Pero dos años después (octubre de 1805) se reanudó la guerra y llevó a la batalla de Trafalgar- en la que España se perdió la escuadra. Con tal sucesión de guerras se agravó hasta el extremo la crisis de la Hacienda y los ministros de Carlos IV fueron incapaces de solucionarla. La bancarrota en que quedó el país provocó el descrédito de Godoy y la conspiración para hacer rey al príncipe de Asturias. En febrero de 1808, las tropas francesas entraban en España- Carlos dejó paso libre a Napoleón para invadir Portugal (Tratado de Fointenebleau, por el que se unían para atacar Portugal y dividirlo en varias partes) pero el prefirió ocupar también España. Eso comienzó la Guerra de la Independencia (1808-14) y se llevó a la familia real a Bayona (Francia). Un poco antes el motín de Aranjuez obligó a Carlos IV a abdicar en su hijo Fernando. Aquél buscó el apoyo de Napoleón, quien convocó a Fernando VII a Bayona, donde consiguió que le devolviera la corona a su padre, pero sólo para hacer que éste se la cediese a continuación al emperador francés. Fernando le devolviera la corona a su padre y como el rey Carlos renunciaba el trono a favor de Napoleón. Fernando firmó otro convenio con Napoleón, aceptando la renuncia de su padre y a los derechos que le correspondían como príncipe heredero. Luego Carlos marchó al exilio de 11 años con su mujer y sus hijos, finalmente se instaló en Roma, donde permaneció hasta su muerte, a los setenta años de edad (20 de enero 1819), pues su hijo Fernando VII, ya rey nunca le permitió regresar a España.