Fils aîné de Pépin le Bref et de Bertrade ou Berthe (dite « au grand pied »), il succède à son père en 768 conjointement avec son frère cadet Carloman. La mort de ce dernier le laisse seul maître du royaume franc (771). De haute taille (1,92 m) et de forte carrure, Charles a un visage ouvert et imberbe (sa « barbe fleurie » n'existe que dans la légende), une vitalité prodigieuse. Profondément chrétien, intelligent, cultivé, simple, mais autoritaire, il se montre parfois violent et cruel.
Poursuivant la politique d'expansion du royaume franc inaugurée par son père, Charlemagne conduira durant ses 46 années de règne 53 expéditions militaires pour étendre la chrétienté, protéger l'État franc contre les incursions de ses voisins mais aussi pour imposer son hégémonie sur l'Occident. En Italie, où le pape Adrien Ier le sollicite d'intervenir contre Didier, roi des Lombards, il prend Pavie (774), annexe à l'État franc le royaume lombard dont il ceint la couronne de fer. En Germanie, il conquiert la Frise (784-790), qui est définitivement évangélisée à l'aube du IXe s. ; il réunit le duché de Bavière au royaume franc (788) ; il soumet et christianise la Saxe au terme d'une lutte inexorable (772-804) au cours de laquelle il use de la terreur ; enfin, victorieux des Avars (796) installés en Pannonie, il s'empare de leur camp fortifié (ou ring) et de leur fabuleux trésor, tandis que les Slaves établis au-delà de l'Elbe et en Bohême tombent sous son influence. En Espagne, après la destruction par des Basques de son arrière-garde à Roncevaux (778), il occupe les territoires compris entre les Pyrénées et l'Èbre (prise de Barcelone, 801) et les érige en marche d'Espagne pour protéger l'Aquitaine contre les attaques musulmanes. Maître dès la fin du VIIIe s. d'un « empire » s'étendant sur la majeure partie de l'Occident, Charlemagne jouit alors d'une autorité immense et d'un prestige exceptionnel. Installé depuis 794 à Aix-la-Chapelle (la « nouvelle Rome »), où il fait édifier un palais et une chapelle imités de ceux de Constantinople, il accède à la dignité impériale : le 25 déc. 800, il est couronné « empereur des Romains » par le pape Léon III à Saint-Pierre de Rome.
Reconnu comme empereur par le basileus (empereur byzantin) en 812, Charlemagne restaure ainsi l'empire en Occident. Mais son empire est fort différent de l'ancien Empire romain : il est européen, franc et chrétien, axé non plus sur la Méditerranée et Rome, mais sur le continent et Aix-la-Chapelle. Se considérant en effet comme le chef du peuple chrétien qu'il est chargé par Dieu de guider vers le salut éternel, Charlemagne veut établir en Occident une sorte d'État théocratique. Contraint de respecter certains particularismes locaux en créant les royaumes semi- autonomes d'Aquitaine et d'Italie (781), il s'efforce cependant d'unifier l'Empire sur le plan administratif en introduisant des comtes francs dans les pays conquis. Conscient de l'insuffisance de l'appareil administratif, il s'attache ses sujets par un serment de fidélité (789) ainsi que par la vassalité. Maître du recrutement épiscopal et abbatial, il oblige les clercs à exercer des fonctions publiques tant au palais que dans l'Empire, où évêques et abbés secondent les comtes. Son désir de développer l'instruction de ces clercs est à l'origine de la renaissance culturelle dite « carolingienne » qu'il suscite, en attirant lettrés et savants étrangers (Alcuin, Paulin d'Aquilée, etc.) à sa cour d'Aix-la-Chapelle et en décidant l'ouverture d'écoles dans tous les évêchés et les monastères (789).
Le premier des Carolingiens meurt en 814 après avoir lui-même couronné empereur son fils et successeur, Louis Ier le Pieux (813).
Il a réalisé le premier rassemblement territorial de l'Europe, esquisse de l'Occident médiéval. Promoteur du premier épanouissement de la culture européenne, il pose aussi les fondements de la chrétienté médiévale en faisant du christianisme le lien essentiel des peuples de son empire.
