Той е син на херцог Луиджи Гонзага (1539 – 1595), херцог на Невер и Ретел, и съпругата му Хенриета дьо Клев (1542 – 1601), херцогиня на Невер.
През 1595 Карло I Гонзага наследява баща си. През февруари 1599 г. той се жени за Катерина Лотарингски-Майен-Гиз (* 1585, † 18 март 1618), дъщеря на Шарл II Лотарингски, херцог на Майен.
Карло II (1609 – 1631), херцог на Невер и Ретел и Майен, умира преди баща си. На 25 декември 1627 се жени за Мария Гонзага (1609 – 1657), дъщеря на херцог Франческо IV Гонзага от Мантуа – техният син Карло III Гонзага става 9-и херцог на Мантуа и Монферат;