Figlio di Vittorio Amedeo III di Savoia e di Maria Antonia Ferdinanda di Borbone, figlia del re di Spagna, nasce a Torino il 6 aprile 1765.
Penultimo di dodici figli, trascorre l’infanzia con la sorella Maria Carolina e il fratello minore Giuseppe Benedetto Placido conte di Moriana sotto la guida della contessa Radicati.
Dal 1785 vive con il fratello nel Castello di Moncalieri.
Nel 1796, con la perdita della Savoia il suo titolo di Duca del Genevese viene mutato in quello di marchese di Susa.
Nel 1798, a seguito dell’occupazione francese, Carlo Felice lascia Torino con la famiglia reale per trasferirsi in Sardegna dove sarà viceré dal 1802.
Carica che manterrà sino al 1806, all’arrivo di Vittorio Emanuele I, succeduto al trono al fratello Carlo Emanuele IV che nel 1802 aveva abdicato alla corona.
Il 6 aprile 1807, nella Cappella Palatina del Palazzo reale di Palermo, Carlo Felice sposa Maria Cristina di Borbone Napoli (1779 - 1849), figlia di Ferdinando IV di Borbone, re di Napoli e di Sicilia e di Maria Carolina d’Asburgo Lorena.
Tornato con la moglie in Sardegna rimane estraneo alla vita politica sino al rientro a Torino della regina Maria Teresa nel 1815.
Da quel momento riassume la carica di viceré che mantiene nominalmente sino al 1821 pur lasciando l’isola già nel 1816.
Tornato in Piemonte si mantiene lontano dalla corte e stabilisce la sua residenza al Castello di Govone.
Nel marzo 1821 è a Modena quando è raggiunto dalla notizia dell’abdicazione del fratello Vittorio Emanuele I e da dove impartisce ordini per il ripristino del potere regio, annullando l’operato del reggente Carlo Alberto, a seguito dei moti verificatisi in quei giorni nella capitale sabauda.
Frequenti sono i suoi soggiorni fuori della capitale: in Savoia, Nizzardo, Liguria e periodi di residenza nei castelli di Govone e di Agliè del quale era entrato in possesso nel 1825 come eredità della sorella Maria Anna.
Nel 1824 acquista l’abbazia di Hautecombe e ne segue i lavori di restauro progettati dall’architetto Ernesto Melano.
Nello stesso anno acquista la collezione di antichità egizie dal console di Francia, di origine piemontese, Bernardino Drovetti, nativo di Barbania, in Canavese.
Collezioni che andranno ad arricchire la sezione egizia del Museo dell’Università, già iniziata per volere di Carlo Emanuele III con i materiali provenienti dal viaggio in Levante di Vitaliano Donati (1759 - 1762).
Nel 1825 hanno inizio, sotto la direzione di Luigi Biondi, gli scavi alla Villa “la Ruffinella” di Frascati (Tuscolo) i cui materiali che costituiscono la collezione “Monumenta Tuscolana” del Castello di Agliè.
Nel 1827 il re pubblica: il corpus delle Leggi civili e criminali del Regno di Sardegna e nel 1828 la Storia metallica della R. Casa di Savoia.
Istituisce in Savoia la “Società o Camera d’agricoltura e di commercio”, nell’Archivio di Corte la “Scuola di paleografia e diplomatica” e apporta riforme all’Accademia di pittura e scultura”.
Si dedica alla composizione di testi teatrali, attività che coinvolge in modo esclusivo i suoi interessi culturali ed istituisce la “Reale compagnia drammatica”.
Muore a Torino il 27 aprile 1831, in Palazzo Chiablese, lascia il Castello di Agliè in eredità a Ferdinando di Savoia 1° duca di Genova con usufrutto alla regina vedova Maria Cristina.
Il suo monumento funebre, opera di Benedetto Cacciatori, è nell’abbazia di Hautecombe.
