Principe di ramo cadetto della famiglia di Savoia, era reggente quando nel 1821 a Torino scoppiò un moto carbonaro che rivendicava la Costituzione: il re Vittorio Emanuele I aveva abdicato e l'erede Carlo Felice al momento era assente; concesse provvisoriamente lo Statuto, previa ratifica del re; ma al suo ritorno Carlo Felice lo sconfessò, e Carlo Alberto per alcuni anni dovette allontanarsi da Torino, fino al perdono del re. Alla morte di Carlo Felice nel 1831 si trovò ad essere l'unico erede al trono; il 4 marzo 1848 promulgò definitivamente lo Statuto che porta il suo nome, che è rimasto in vigore nel Regno di Sardegna e poi in quello d'Italia fino alla Costituzione repubblicana dell'1/1/1948.
Nel marzo 1848 appoggiò i milanesi ribellatisi all'Austria entrando in guerra; ma la sua indecisione influì sull'andamento delle operazioni militari: nel momento favorevole stipulò un armistizio senza approfittare del vantaggio, e alla ripresa delle ostilità fu prevenuto dagli austriaci che entrarono in Piemonte e sconfissero il suo esercito a Novara. Allora abdicò lasciando il trono a suo figlio Vittorio Emanuele II.