卡尔二世是梅克伦堡-施特雷利茨的卡尔·路德维希·弗里德里希的次子，1741年10月10日生于米罗。他的祖父是梅克伦堡-施特雷利茨的第一位公爵阿道夫·弗里德里希二世，公爵阿道夫·弗里德里希三世是他的伯父，公爵阿道夫·弗里德里希四世是他的长兄。他的妹妹
索菲·夏洛特嫁给了后来的英国国王和汉诺威国王
乔治三世。
卡尔早年曾作为中将服役于
汉诺威军队，后来被
乔治三世委任为汉诺威总督。他的伯父梅克伦堡-施特雷利茨公爵阿道夫·弗里德里希三世于1752年去世，没有男性后裔。他的长兄阿道夫·弗里德里希成为梅克伦堡-施特雷利茨公爵，称阿道夫·弗里德里希四世。阿道夫·弗里德里希四世在1794年去世，没有留下子女，卡尔继位为梅克伦堡-施特雷利茨公爵，称卡尔二世。
卡尔二世在位期间，鼓励新的农业技术，建立警察机构，提倡义务教育。1806年，梅克伦堡-施特雷利茨加入莱茵联邦，1816年
维也纳会议之后的1815年，梅克伦堡-施特雷利茨与梅克伦堡-什未林一同升为
大公国，卡尔二世成为第一任大公。
卡尔二世于1816年11月6日在大公国首都
新施特雷利茨去世，终年75岁，第三子格奥尔格继承了他的大公之位。