Karol Fryderyk Aleksander Wirtemberski (ur. 6 marca 1823 w Stuttgarcie, zm. 6 października 1891 tamże) – król Wirtembergii.
Był jedynym synem króla Wilhelma i jego trzeciej żony-kuzynki Pauliny Wirtemberskiej. Studiował w Tybindze i Berlinie.
Po śmierci ojca 25 czerwca 1864, Karol został królem. Jego koronacja odbyła się 12 lipca 1864. W tym samym roku nadał prasie i związkom swobodę. W 1866 wystąpił ze Związku Niemieckiego.
W 1870 Stuttgart odwiedził cesarz Rosji – Aleksander II Romanow. Jako ostatni niemiecki władca przystąpił do związku północnoniemieckiego. W 1871 przystąpił do Cesarstwa Niemieckiego. W 1888 wybuchł skandal, gdy ujawniono homoseksualny związek króla z . Król zmarł w 1891.
Małżeństwo W 1846 poznał wielką księżną Olgę Nikołajewną – córkę cesarza Rosji – Mikołaja I. Ślub młodej pary odbył się 13 czerwca 1846, w Sankt Petersburgu. 23 września para wjechała uroczyście do Stuttgartu, gdzie zamieszkała w Willi Berg. Karol i Olga Nikołajewna nie mieli potomstwa – prawdopodobnie z powodu homoseksualizmu przyszłego królaSabine Thomsen. Die württembergischen Königinnen. Charlotte Mathilde, Katharina, Pauline, Olga, Charlotte – ihr Leben und Wirken [The Queens of Wuerttemberg: Charlotte Matilde, Katharina, Pauline, Olga, Charlotte – Their Lives and Legacies]. Silberburg-Verlag, 2006.