El 1506 fou designat hereu del seu pare, el qual morí per febres aquell mateix any, mentre que el 1504 ja havia estat nomenat hereu de la seva mare amb el títol de príncep d'Astúries, la qual embogí a la mort del seu espòs. Fins el 1516 tingué la regència del seu avi Ferran el Catòlic.
De Ferran II el Catòlic: la Corona d'Aragó, el Regne de Nàpols, Sardenya i Sicília
D'Isabel I de Castella: la Castella i Lleó, el Regne de Navarra, les illes Canàries, les places del Nord d'Àfrica, els territoris americans i el regne de Granada.
De Maximilià I, emperador romanogermànic: Àustria i els drets de la corona imperial
De Maria de Borgonya: Borgonya, Artois, Luxemburg, els Països Baixos, Flandes, el Franc Comtat.
Tant a la Corona d'Aragó com a Castella, Carles I va haver d'acceptar un cogovern teòric amb la seva mare Joana la Boja, la qual, però, a causa de la seva alienació mental, va viure allunyada del govern dels regnes, reclosa a Tordesillas.
Per mantenir tot aquest imperi, Carles I i els seus successors van haver de fer llargues i costoses guerres durant el seus respectius regnats. També a causa de les guerres i l'absorció de totes les riqueses que arribaven d'Amèrica, van provocar l'esgotament i decadència de Castella.