Абраны на прастол Румыніі пасля анархіі, выкліканай звяржэннем Аляксандра Іона Кузы, калі перад Румыніяй узнікла небяспека распаду і новага падпарадкавання Турцыі. З прычыны таго, што Аўстрыйская імперыя не вітала гэтага абрання, Карлу-Каралю прыйшлося дабірацца з Прусіі ў сваё княства па чыгунцы праз Аўстрыю інкогніта. Даехаўшы да румынскай мяжы, ён перасеў у прадстаўлены яму экіпаж (у Румыніі не было чыгунак) і прыбыў у Бухарэст, дзе яго быў добра насельніцтвам. Падпісаў вельмі ліберальную па тых часах румынскую канстытуцыю. У 1881 пасля канстытуцыйнай рэформы прыняў тытул караля.
За 48 гадоў свайго кіравання (гэта самае працяглае кіраванне за ўсю гісторыю Румыніі) ён дамогся незалежнасці Румыніі, высока падняў яе міжнародны прэстыж, з нямецкай уніклівасцю займаўся аднаўленнем эканомікі, заснаваў і ўмацаваў каралеўскую дынастыю Румыніі. У Карпатах ён пабудаваў каралеўскую рэзідэнцыю — замак Пелеш — жамчужыну ў стылі неарэнесансу. Замак, абсталяваны ўсімі тэхнічнымі навінкамі таго часу, ён з любоўю называў — «калыска дынастыі, калыска нацыі». Не маючы прамых спадчыннікаў, Караль I прызначыў пераемнікам свайго пляменніка, для сям'і якога пабудаваў па суседстве вытанчаны замак Пелішор.
Пры ім Румынія атрымала поўную незалежнасць ад Асманскай імперыі (1878) і набыла Дабруджу — большую частку яшчэ ў тым жа 1878, а яшчэ невялікі яе раён адваявала ў былой сваёй саюзніцы Балгарыі (1913, Другая балканская вайна). У 1907 было падушана магутнае сялянскае паўстанне.
Жанаты на Елізавеце фон Від, пісьменніцы (псеўданім «Кармэн Сільва»); іх адзіная дачка памерла ў дзяцінстве. Караль сканаў ва ўзросце 75 гадоў, неўзабаве пасля пачатку Першай сусветнай вайны, у якой Румынія да 1916 года прытрымлівалася нейтралітэту (нягледзячы на жаданне караля ўступіць у вайну на баку Германіі, грамадская думка схілялася на бок Антанты); многія лічылі, што няздольнасць караля разупэўніць сваіх міністраў паскорыла яго смерць. Яго пераемнікам стаў пляменнік Фердынанд.