კარლი დაიბადა 1748 წლის 7 ოქტომბერს სტოკჰოლმში. იგი იყო შვედეთის მეფე ადოლფ ფრედრიკისა და მისი ცოლის, დედოფალ ლუიზა ულრიკა პრუსიელის მეორე ვაჟი. მას ერთი უფროსი ძმა ჰყავდა, კრონპრინცი გუსტავის სახით.
მას შემდეგ, რაც 1751 წელს მამამისი გარდაიცვალა, ტახტი მისმა ძმამ, გუსტავ III-მ დაიკავა. აღსანიშნავია, რომ კარლი შვედებში ყოველთვის სიმპათიითა და ავტორიტეტით სარგებლობდა. 1772 წელს განხორციელდა სახელმწიფო გადატრიალება, რა დროსაც შვედეთში დასრულდა აბსოლუტური მონარქია. ამ დროს მუსირებდა ის აზრიც, რომ დაემხოთ გუსტავი და ტახტზე კარლი დაესვათ, რის გამოც გუსტავმა ძმის გულის მოსაგებად მას სოდერმანლანდის ჰერცოგობა უბოძა. 1788 წელს, რუსეთ-შვედეთის ომის დაწყებისთანავე კარლი შვედური არმიის მთავარსარდალი გახდა. იმავე წელს მან ჩაახშო ფინელთა მასობრივი აჯანყება, რის გამოც, მეფემ მადლობის ნიშნად იგი ფინეთის დიდ ჰერცოგად გამოაცხადა. 1788 წელს ჰოგლენდში, ხოლო 1789 წელს ოლანდში მან რუსები დაამარცხა.
1792 წელს შეთქმულებმა მოკლეს მეფე გუსტავ III. არსებობდა მოსაზრება, რომ ამ საქმეში კარლის ხელიც იყო გარეული, თუმცა დამამტკიცებელი საბუთები არ არსებობს. ამ სიტუაციაში ტახტი მისმა მცირეწლოვანმა ძმისწულმა, გუსტავ IV-მ დაიკავა, რომელსაც დიდებულებმა რეგენტად კარლი დაუნიშნეს.
1796 წელს კარლი მეფისათვის საცოლის საძებნელად პირადად ჩავიდა პეტერბურგში, ეკატერინე II-ის კარზე, რათა გუსტავი მის შვილიშვილ ალექსანდრა პავლოვნაზე დაექორწინებინა და ასე დაეახლოვებინა გადამტერებული შვედები და რუსები. ქორწინება შედგებოდა, თუმცა გუსტავმა ალექსანდრა გარეგნობის გამო დაიწუნა და ცოლად პატარა გერმანული სამთავროს პრინცესა შეირთო. ამას რუსებთან ურთიერთობის კიდევ უფრო დაძაბვა მოჰყვა, რის შედეგადაც 1808 წელს რუსეთ-შვედეთის კიდევ ერთი ომი დაიწყო.
1809 წელს ომი შვედეთისათვის კატასტროფული შედეგებით დასრულდა. ისინი არა მხოლოდ დამარცხდნენ, არამედ რუსეთს მთელი ფინეთიც დაუთმეს. ამან საზოგადოებაში უკიდურესი უკმაყოფილება გამოიწვია მეფისადმი. იმავე წლის მარტში შეთქმულმა სამხედროებმა დააპატიმრეს, 29 მარტს კი აიძულეს მეფე გუსტავ IV, რომ ტახტიდან გადამდგარიყო. ისინი რესპუბლიკის ჩამოყალიბებას გეგმავდნენ, თუმცა მეტისმეტად სარისკო იყო, ამიტომაც 1809 წლის 6 ივნისს მათ ერთხმად გამოაცხადეს შვედეთის მეფედ კარლ XIII.
ვინაიდან იგი უკვე მეფე იყო, მემკვიდრეც სჭირდებოდა. კარლს ცოლთან შვილები არ ჰყავდა, თუმცა ვინაიდან გვარს მისი ძმა და ძმისწული აგრძელებდნენ, ეს პრობლემა არასოდეს ყოფილა, მაგრამ ტახტზე ასვლის შემდეგ მემკვიდრის კრიზისი შეიქმნა. ამის გამო, 1809 წელსვე მან თავის მემკვიდრედ დანიელი პრინცი, შლეზვიგ-ჰოლშტაინ-სონდენბურგ-ავგუსტბურგის მთავარი კრისტიან ავგუსტი გამოაცხადა, თუმცა იგი სულ ერთ წელიწადში გარდაიცვალა.
1810 წელს კარლ XIII-მ თავის ახალ მემკვიდრედ საფრანგეთის იმპერატორ ნაპოლეონ I-ის ერთ-ერთი სარდალი, შარლ ჟან ბერნადოტი გამოაცხადა, რომელმაც 1808-1809 წლის რუსეთ-შვედეთის ომის დროს განსაკუთრებული კეთილშობილება გამოიჩინა დამარცხებულ შვედებთან მიმართებაში. შარლ ჟანი სიხარულით დასთანხმდა წინადადებას, შვედეთში გადასახლდა და ლუთერანადაც მოინათლა კარლ იოჰანის სახელით.
1811 წლის 17 მარტს ხანში შესულმა და უკვე დასნეულებულმა კარლმა სამეფო მოვალეობები ოფიციალურად გადააბარა კარლ იოჰანს, რომელიც ამის შემდეგ მის ნაცვლად მართავდა ქვეყანას. 1814 წელს საფრანგეთში ნაპოლეონის მმართველობა დაემხო, რასაც მოჰყვა ვენის კონგრესი, რომელზეც უნდა აღდგენილიყო ევროპის ძველი, ნაპოლეონამდელი საზღვრები. მისი ჩამოგდების შემდეგ მისმა მოკავშირე დანიამ დაკარგა ძალაუფლება, ამიტომაც მის დაქვემდებარებაში მყოფმა ნორვეგიამ ცოტა ხნით მოიპოვა დამოუკიდებლობა, თუმცა კონგრესმა ნორვეგია მალევე ჩამოართვა დანიას და მიუერთა შვედეთს, რომელიც ომებში ფრანგების წინააღმდეგ გამოდიოდა. ამრიგად, შეიქმნა შვედეთ-ნორვეგიის უნია, რომლის მეფედ კარლ XIII გახდა. ნორვეგიაში მას კარლ II უწოდეს.
კარლ XIII გარდაიცვალა 1818 წლის 5 თებერვალს სტოკჰოლმის სამეფო სასახლეში, 69 წლის ასაკში. ამის შემდეგ ტახტი ბერნადოტების დინასტიის წარმომადგენელმა კარლ XIV-მ დაიკავა. აღსანიშნავია ისიც, რომ მისი გარდაცვალებიდან მალევე, 1818 წლის 20 ივნისს გარდაიცვალა მისი ცოლიც, დედოფალი ჰედვიგ ელიზაბეთ შარლოტა.