Jeszcze w 1603 r. Karol otrzymał tytuł księcia Albany, tradycyjny tytuł przysługujący młodszemu synowi szkockiego monarchy. W 1605 r. otrzymał jego angielski odpowiednik i został księciem Yorku. Przez następne lata pozostawał w cieniu starszego brata Henryka Fryderyka, księcia Walii, powszechnie uwielbianego następcy tronu, z którym wiązano wielkie nadzieje.

W 1612 r. Henryk Fryderyk umarł nagle na dur brzuszny. Tym samym następcą tronu został 12–letni książę Yorku i Albany. Jego status został oficjalnie potwierdzony w listopadzie 1616 r., kiedy nadano mu tradycyjne tytuły następcy tronu – księcia Walii i hrabiego Chester.

Książę Walii Młody książę Walii szybko znalazł się pod wpływem faworyta ojca George’a Villiersa, 1. księcia Buckingham. Stosunki między Karolem i Buckinghamem były tak bardzo zażyłe, że pojawiły się plotki o ich homoseksualnym romansie, Nie ma jednak żadnych dowodów na potwierdzenie tej tezy. W 1623 Karol wraz z Buckinghamem udali się do Hiszpanii, gdzie miały odbyć się negocjacje w sprawie małżeństwa księcia Walii z hiszpańską infantką – Marią Anną. Negocjacje zakończyły się fiaskiem, gdyż od Karola wymagano przejścia na katolicyzm, na co ten nie chciał się zgodzić.