Nell'adolescenza ebbe un figlio illegittimo e accumulò benefici ecclesiastici fino a divenire abate commendatario di più di venti abbazie, le cui rendite lo resero uno dei principi più ricchi d'Europa.
Il 5 luglio 1540, a diciassette anni, fu eletto vescovo di Nevers. Il 23 gennaio 1544 aggiunse alla sede di Nevers anche quella di Saintes, per poi rinunciare all'una e all'altra rispettivamente il 5 maggio 1546 e il 19 marzo 1550.
Nel 1584, alla morte del duca di Alençon, la Lega lo considerò come erede al trono di Francia, escludendo dalla successione tutti i protestanti. Enrico III lo fece arrestare e, nel 1589, la Lega lo proclamava re di Francia con il nome di Carlo X, mentre rimaneva imprigionato a Fontenay-le-Comte. Fu lui stesso a rinunciare alla successione e a riconoscere la legittimità di suo nipote Enrico IV.
Morì in carcere l'anno successivo. Fu sepolto nella certosa di Gaillon che aveva fondato, ma nel 1764 la certosa subì un incendio, dopo il quale le ceneri furono inumate e il monastero ricostruito, per poi essere nuovamente distrutto durante la Rivoluzione.
Conclavi
Durante il suo periodo di cardinalato, Carlo di Borbone-Vendôme partecipò ai seguenti conclavi:
E. Saulnier, Le rôle politique du cardinal de Bourbon (Charles X), 1523-1590, Paris, Librairie ancienne Honoré Champion, Bibliothèque de l'École des Hautes Études publiée sous les auspices du Ministère de l'Instruction publique, Sciences historiques et philologiques, cent quatre-vingt-treizième fascicule, 1912.
Frederic J. Baumgartner, « The Case for Charles X », in The Sixteenth Century Journal, Vol. 4, No. 2 (oct. 1973), pp. 87–98.
