El 11 de diciembre de 1752, el hermano mayor de su padre, el duque Adolfo Federico III de Mecklemburgo-Strelitz, murió sin descendencia masculina, y el hermano mayor de Carlota, Adolfo Federico, le sucedió como duque Adolfo Federico IV de Mecklemburgo-Strelitz (debido a que su padre había muerto sólo 6 meses antes, el 5 de junio de 1752).