Carl var eldste tvillingebarn av Ulrik Fredrik Gyldenløve og hans første hustru Sophie Urne, og dermed barnebarn av kong Frederik III. Da foreldrenes ekteskap var inngått i hemmeliget og uten kongens tilladelse, forlot Gyldenløve Urne og giftet seg kort tid etter guttenes fødsel med adelskvinnen Marie Grubbe.