Segundo filho do duque Carlos Lu�s Frederico, pr�ncipe de Mecklenburg-Mirow, e da princesa Isabel Albertina de Saxe-Hildburghausen, tornou-se o herdeiro presuntivo do ducado quando o tio, o duque reinante Adolfo Frederico III (1686-1752) morreu sem descend�ncia masculina e o seu irm�o mais velho, Adolfo Frederico (1738-1794) ascendeu ao trono, em  11 de Dezembro de 1752, com 14 anos de idade. 

Tendo entrado ao servi�o do Ex�rcito do Hanovre, a possess�o alem� dos reis da Gr�-Bretanha, quando a sua irm� mais nova Carlota (1744-1818) casou com o rei Jorge III da Gr�-Bretanha, duque reinante do Hanovre, em Setembro de 1761, abriram-se novas perspectivas � sua carreira militar. Pouco tempo depois, em Maio de 1762, seguiu o conde reinante de Schaumbourg-Lippe, tamb�m ao servi�o do Ex�rcito do Hanovre, quando a Guerra do Pacto de Fam�lia foi despoletada entre Portugal e a Espanha aliada � Fran�a.

Feito tenente-general do Ex�rcito Portugu�s, foi-lhe dado o comando honor�rio do novo Regimento de Cavalaria levantado em Lisboa, em 1762, que ficou conhecido pelo nome de Regimento de Meclemburgo. 

Casou com Frederica de Hesse-Darmstadt em Setembro de 1768, tendo tido dez filhos, dos quais seis chegaram � idade adulta. A mulher morreu de parto em 1782. Casou de seguida com uma cunhada, Carlota, em 1784, tendo morrido no ano seguinte ao dar � luz o seu primeiro filho.

Ap�s a "Guerra Fant�stica" foi nomeado para um importante cargo militar no Hanovre, sendo nomeado governador do ducado pelo seu cunhado, o rei Jorge III, em finais de 1776, tendo-lhe  sido atribu�dos os poderes de um soberano de facto. Ao enviuvar pela segunda vez, em 1785, Carlos pediu a demiss�o de governador, sendo promovido a marechal de campo quando se retirou.

Ap�s um curto per�odo passado a viajar estabeleceu-se em Darmstadt, onde ocupou o cargo de presidente da Comiss�o de Cr�dito imperial. 

Ascendeu ao trono enquanto Carlos II de Mecklenburg-Strelitz quando o irm�o, Adolfo Frederico IV, morreu, solteiro, em 2 de Junho de 1794. Integrou a Confedera��o do Reno organizada por Napole�o Bonaparte em 1806 e, em 1815, ap�s o Congresso de Viena, passou a usar o t�tulo de gr�o-duque.

Foi pai de Lu�sa, rainha da Pr�ssia, mulher de Frederico-Guilherme III.