卡洛·埃馬努埃萊二世在都靈出生， 他是薩伏依公爵維托里奧·阿梅迪奧一世和法國的克里斯汀·瑪麗的次子。 他的外祖父母是法國國王亨利四世和他的第二任妻子瑪麗·德·美第奇。 1638年， 卡洛·埃馬努埃萊的哥哥，薩伏依公爵弗朗切斯科·賈欽托因病去世。 年僅4歲的卡洛·埃馬努埃萊繼承了薩伏依公國，並由其母攝政。 但卡洛·埃馬努埃萊甚至於1648年成年後還依舊讓她的母親繼續執政。 他自己則過著遠離國家政務的逍遙生活。
1655年， 卡洛·埃馬努埃萊對瓦勒度派進行了一系列的慘絕人寰的大屠殺， 他也因此事臭名昭著。 屠殺是如此的慘烈以至於英國詩人約翰·彌爾頓都為此事寫了十四行詩。 聽聞此訊的奧利弗·克倫威爾甚至提議如果大屠殺依舊沒有停止，那么就要派遣英國海軍前去干預。 然而，1655年的大屠殺只是一系列衝突的開始， 瓦勒度派的反政府者還在此後的戰爭中利用游擊戰術抵抗公爵的軍隊。
只有當其母親於1663年去世後， 卡洛·埃馬努埃萊才開始真正掌權。 1672年， 為了奪取位於薩沃納的港口，卡洛·埃馬努埃萊向熱那亞共和國宣戰。 但是戰爭卻以失敗告終。
在卡洛·埃馬努埃萊的治理下，公國的商業貿易得到了巨大的發展，並累積了大量的財富。 他大力發展位於尼斯的港口，還修建了從阿爾卑斯山通往法國的道路。 他還對當時由大部分僱傭兵組成的軍隊進行改革，取消了5個皮埃蒙特軍團，重建了騎兵部隊，並且還引進了制服。 他還在都靈修建了許多漂亮的建築，例如都靈王宮。
卡洛·埃馬努埃萊於1675年6月12日去世， 爵位傳給了他的長子維托里奧·阿梅迪奧二世。 他被安葬在都靈主教座堂內。
