Carlo nacque nel Palazzo Reale "Tre Kronor" di Stoccolma nel novembre del 1655 e nel luglio dell'anno successivo già suo padre dovette abbandonarlo, impegnato nella guerra contro la Polonia. Dopo diversi anni di combattimenti all'estero, il re fece ritorno in patria nell'inverno del 1659 per incontrare poi la famiglia e gli Stati Generali a Göteborg. Ammalatosi di polmonite a metà gennaio del 1660, Carlo X scrisse il suo testamento secondo il quale, sentendosi prossima la morte, lasciò il compito di istruire il giovane figlio di appena quattro anni ai reggenti che egli aveva personalmente nominato. Questi però tradirono il compito affidato loro dal re, di modo che quando Carlo XI, a 17 anni, conseguì la maggiore età, era totalmente ignorante della gestione dello stato e quasi analfabeta, svantaggiato in questo dalla madre Edvige Eleonora che non lo coinvolse attivamente nella politica del suo tempo, preferendo invece usarlo per governare personalmente. Invece che allo studio, del resto, il giovane Carlo preferiva dedicarsi agli sport e agli esercizi fisici: tra i suoi passatempi preferiti c'era la lotta con l'orso, nella quale diede prova di avere spirito coraggioso.