Karl XI föddes i Stockholm som son till Karl X Gustav och Hedvig Eleonora. Efter faderns tidiga död 1660 övertog en förmyndarregering styrelsen under hans uppväxt, en period präglad av politisk strid och svaghet i statens finanser. Han kröntes till kung av Sverige år 1672 och fick kort därefter leda landet genom det skånska kriget mot Kristian V. Erfarenheterna från kriget lade grunden till hans omfattande militära och administrativa reformer.

Under sin regeringstid genomförde Karl XI den så kallade stora reduktionen, vilket innebar att tidigare bortförlänta adliga gods drogs tillbaka till kronan. Detta stärkte kungamakten avsevärt och skapade ordning i statens skuldsatta ekonomi. Reformerna stöddes av Wasaätten i ett vidare historiskt perspektiv, även om Karl själv tillhörde Pfalzisk-Zweibrückenska ätten. Han införde också det ständiga indelningsverket som gav landet en fast organiserad och finansierad krigsmakt.

Vid sidan av det militära och ekonomiska uppbyggnadsarbetet var Karl XI en djupt religiös monark som värnade den lutherska ortodoxin. Hans verk kröntes av utfärdandet av 1693 års kyrkolag, som stärkte kyrkans ställning och enhetlighet i riket. Han gynnade även vetenskap och kultur, samt lät uppföra och rusta upp flera slott och kyrkor runt om i landet.

Karl XI gifte sig med Ulrika Eleonora av Danmark, vilket bidrog till att säkra dynastins framtid. Paret fick flera barn, däribland hans efterträdare Karl XII samt Ulrika Eleonora den yngre. Drottningens milda inflytande stod ofta i kontrast till kungens stränga och plikttrogna regeringsstil.

Mot slutet av sin levnad drabbades kungen av svår sjukdom och avled på Stockholms slott år 1697. Hans död markerade slutet på en stabiliseringsfas för det svenska stormaktsväldet, strax innan de prövningar som väntade under det stora nordiska kriget. Karl XI begravdes i Riddarholmskyrkan, där hans gravvård ännu i dag minner om hans tid vid makten.