Карл X Густав был вторым сыном Иоганна Казимира Пфальц-Клеебургского и его супруги Екатерины, дочери
Карла IX. 24 октября 1654 он женился на Хедвиге Гольштейн-Готторпской, в браке с которой у него родился будущий король
Карл XI.
Карл X Густав учился в Датской военной академии в городе Сорё и стал выдающимся военачальником, воевавшим в качестве шведского генерала в
Тридцатилетней войне в
Германии. В
1650 он был избран престолонаследником. Изначально он должен был жениться на своей кузине Кристине I, но та категорически отвергала женитьбу. После её отречения
16 июня 1654 Карл стал её преемником на троне.