En 1775, il épouse Clotilde de France, sœur du roi Louis XVI, mais le couple n'aura pas d'enfant. Ses deux sœurs ont également épousé des fils de France et résident à Versailles.
En 1796, il succéda à son père auquel la France venait d'enlever la plus grande partie de ses États. Il multiplia les protestations d'amitié pour la première République française.
Associé aux infortunes de la famille des Bourbons, à laquelle il était allié (sa mère était une Bourbon et il avait épousé une petite-fille de Louis XV tandis que deux de ses sœurs avaient épousé des petits-fils du roi), Charles-Emmanuel IV fit d'infructueux efforts pour comprimer dans son royaume les menées des agents révolutionnaires venus de France. Cela n'empêcha pas le général Joubert, aidé par des agents français sur place, d'envahir et d'occuper les États de Savoie continentaux (la Savoie, le comté de Nice et le Piémont) sur l'ordre du Directoire en 1798.
Ce dernier évènement l'obligea en décembre1798, ainsi que la reine sa femme, ses frères, sa belle-sœur, Marie-Thérèse, son demi-oncle et beau-frère, le duc de Chablais et sa nièce, Marie-Béatrice, à partir vers Parme. De Parme, la famille ducale et royale joignit Florence où elle bénéficia de l'hospitalité du grand-duc Ferdinand III de Toscane, qui mit à la disposition du souverain de Savoie et de ses proches la Villa di Poggio Imperiale.
À peine quelques mois plus tard, le roi embarqua avec la cour pour la Sardaigne sur le vaisseau amiral de la flotte militaire des États de Savoie venu le chercher, face à l'avancée des troupes françaises partout dans ses États continentaux, troupes françaises qui d'ailleurs ne tardèrent pas à envahir puis à occuper la Toscane à son tour, en y destituant le grand-duc.
Dernières années
L'ex-roi vers la fin de sa vie.
Dès 1800, le roi Charles-Emmanuel sollicite du pape Pie VII, par l’intermédiaire de l'archevêque de Cagliari, que la Compagnie de Jésus soit autorisée dans son royaume de Sardaigne, et que les jésuites puissent y vivre en communautés sans autre signe extérieur que ceux des prêtres diocésains. La demande est prématurée et reste sans suite.
Lorsqu'en 1814 la Compagnie de Jésus est restaurée universellement par Pie VII, l'ancien souverain demande à y être admis. Il devient jésuite le 11 février 1815 et vit dès lors comme simple religieux au noviciat de Saint-André du Quirinal, à Rome. Comme il le souhaitait, il est enterré après sa mort, survenue le 6 octobre 1819, habillé d’une simple soutane noire.
Charles-Emmanuel IV est inhumé à l'église Saint-André du Quirinal à Rome où il repose toujours, sous une dalle marquée de la croix de Savoie gravée dans le marbre, blanche sur fond rouge, surmontant son nom (dépouillé de tous ses anciens titres) et avec la seule mention Charles Emmanuel de Savoie, Fils de la Sainte Église Catholique Apostolique et Romaine.
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