Kaarle Antonin vanhemmat olivat Hohenzollern-Sigmaringenin ruhtinas Kaarle ja Antoinette Murat. Joachim Murat oli hänen isoenonsa. Kaarle Anton tuli isänsä seuraajaksi, kun tämä luopui kruunusta vallankumouksen keskellä elokuussa 1848. Kaarle Anton ei saanut maata kunnolla hallintaansa ja Saksan yhdistymisen kannattajana hän luovutti joulukuussa 1849 koko ruhtinaskuntansa kaukaiselle sukulaiselleen, Preussin kuningas Fredrik Vilhelm IV:lle. Kaarle Anton sai Preussia hallinneessa Hohenzollernin kuningassuvussa vuonna 1850 ”korkeuden” ja vuonna 1861 ”kuninkaallisen korkeuden” arvon sekä vuonna 1859 jalkaväenkenraalin sotilasarvon Preussin armeijassa. Preussin sijaishallitsijaksi tullut prinssi Vilhelm nimitti edistysmielisenä pidetyn Kaarle Antonin marraskuussa 1858 Preussin ministeripresidentiksi (pääministeriksi). Hänen hallituksensa ei onnistunut edistämään Saksan yhdentymistä ja menetettyään enemmistön tuen maapäivillä se erosi maaliskuussa 1862. Hän oli sen jälkeen vuosina 1863–1871 Reinin provinssin ja Westfalenin sotilaskuvernöörinä. Hohenzollern-Hechingenin suvun sammuttua vuonna 1869 Kaarle Antonista tuli koko Hohenzollernien svaabialaisen sukuhaaran päämies, jolloin hän otti käyttöön arvon Hohenzollernin ruhtinas.