为萨克森-魏玛-爱森纳赫的继承人，并于1828年父亲继承大公之位后成为大公世子。卡尔·亚历山大年轻时接受了瑞士教育家弗雷德里克·索雷特的认真教育。他精通多门外语，1835年开始在莱比锡和耶拿学习历史、法律和自然科学，并参加了军事训练。1841年成为耶拿大学法学博士。1842年10月8日在海牙，卡尔·亚历山大与小姨的女儿荷兰的索菲公主举行了婚礼。卡尔·亚历山大作为大公世子时期，魏玛是自由主义艺术家的庇护所。1851年，卡尔·亚历山大成为魏玛共济会的保护人。他还是女权主义作家范妮·勒瓦尔德和丹麦童话