Herzog Carl August wurde am 3. September 1757 als Sohn von Anna Amalia und Ernst August II. in Weimar geboren. Als er ein Jahr alt war, starb sein Vater und Anna Amalia erkämpfte sich das Recht, die Regentschaft über das Herzogtum bis zum 18. Geburtstag ihres Sohnes zu übernehmen.

Sie war eine intelligente und vorausschauende Frau, die dafür sorgte, daß ihre Kinder eine besondere Ausbildung bekamen, indem sie anerkannte Literaten an den Hof holte. 1763 folgte der Schriftsteller Johann Carl August Musäus ihrem Angebot, neun Jahre später gelang es ihr, den größten deutschen Dichter der damaligen Zeit Christoph Martin Wieland als Prinzenerzieher zu verpflichten.

Carl August wurde von Wieland im Sinne der Aufklärung unterrichtet, u.a. in Psychologie, Naturrecht, Staatsökonomie und den Polizeiwissenschaften. Aber der Erbprinz sollte auch charakterliche Fortschritte machen, denn er wurde als "derb, polternd und leidenschaftlich, mehr Jäger und Soldat als Hofmann und Diplomat" beschrieben.

Mit ihrer guten Auswahl der Erzieher für ihren Sohn legte Anna Amalia den Grundstein für den "Weimarer Musenhof", denn Wieland zog es nach den vereinbarten drei Jahren nicht mehr aus Weimar fort, und sein Name zog weitere Dichter in die Stadt.

Am 3. September 1775 übernahm Carl August die Regierung und vermählte sich kurz darauf mit Prinzessin Luise von Hessen-Darmstadt. Auf der Reise zu seiner Vermählten machte er Station in Frankfurt am Main und lud Goethe nach Weimar ein.

Als Goethe im November nach Weimar kam, wurde er als Berater des Herzogs und seiner Mutter tätig. Er sorgte z.B. dafür, dass die Stelle des Generalintendanten mit Johann Gottfried Herder besetzt wurde. (mehr bei Goethe )

Im Unterschied zu Wieland gelang es Goethe, Carl August so anzunehmen, wie er war, ihn aber dennoch in seine Schranken zu weisen. "Der Dichter begriff, daß nur der diese Kraftnatur lenken [...] könne, der kameradschaftlich mit ihm im Bunde war, der ihn an Wildheit der Ideen und Einfälle möglichst noch übertreffe, ihm aber zeige, daß man auch beim tollsten Ritt die Herrschaft über die Zügel nie verlieren dürfe."

Ein Gemeinschaftswerk Goethes und Carl Augusts war es, die Jenaer Universität vor dem Untergang zu bewahren. Sie führten neue Fächer ein, wie z.B. Chemie und Botanik, und beriefen junge Wissenschaftler als außerordentliche Professoren an die Universität.

Als 1806 Preußen Frankreich den Krieg erklärte, marschierte Carl August als General im preußischen Heer gegen Napoleon. Doch er unterschätzte die Geschwindigkeit der preußischen Truppen und konnt nur von weitem das brennende Weimar betrachten. Glücklicherweise setzte sich seine Frau Luise bei Napoleon für das Herzogtum ein, und sie durften es behalten.

In der folgenden Zeit entschloß sich Carl August entgegen der vorherrschenden Restaurationspolitik für die konstitutionelle Monarchie. Er sorgte dafür, dass ein "Grundgesetz über die landständische Verfassung des Großherzogtums Sachsen-Weimar-Eisenach" verabschiedet wurde, in welchem Pressefreiheit und freie Meinungsäußerung verankert waren. Carl August nahm dieses Gesetz außerordentlich ernst, zumindest für die damalige Zeit, und ließ auch Kritik am Herzog zu. Selbst 1915, bei der Gründung der deutschen Burschenschaften in Jena schritt er er nicht ein.

Erst als der Student Karl Ludwig Sand den Theaterdichter August Kotzbue, der die Burschenschaften kritisiert hatte, ermordete, sah sich der Herzog gezwungen, die Karlsbader Beschlüsse umzusetzen und somit die Pressefreiheit und die Freiheit der Universitäten stark zu einzuschränken.

Carl August starb am 14.6.1828 im Alter von 71 Jahren in Graditz bei Torgau.