Na tron wstąpił Karol Aleksander po śmierci ojca 8 lipca 1853. Podczas jego panowania państwo to stało się częścią Związku Północnoniemieckiego, a następnie Cesarstwa Niemieckiego. Książę Karol Aleksander nie brał bezpośredniego udziału w wojnie francusko-pruskiej 1870-1871. Wraz z synem uczestniczył w Wersalu w koronacji Wilhelma I na cesarza. Znany z liberalnych poglądów miał kontakty z elitą ówczesnych pisarzy i dziennikarzy. Znał Fanny Lewald i Hansa Christiana AndersenaEckart Kleßmann, Mein gnädigster Herr! Meine gütige Korrespondentin! Fanny Lewalds Briefwechsel mit Carl Alexander von Sachsen-Weimar, Böhlau, Weimar 2000Petra Wilhelmy, Der Berliner Salon im 19. Jahrhundert: 1780-1914, Verlag: De Gruyter (1. Januar 1989). W 1851 roku objął protektorat loży masońskiej.
Odznaczenia Krzyże Wielkie do 1859Staatshandbuch für das Großherzogtum Sachsen. Weimar: 1859, s.