ชาร์เลอมาญเป็นพระโอรสของพระเจ้าเปแป็งพระวรกายเตี้ยแห่งราชวงศ์การอแล็งเฌียง ทรงร่วมตามเสด็จในกองทัพของพระบิดาในการสู้รบในดินแดนต่าง ๆ ซึ่งทำให้ราชอาณาจักรแฟรงก์แผ่ไพศาลไปอย่างกว้างไกล

ชาร์เลอมาญขึ้นครองราชย์เป็นกษัตริย์แห่งชาวแฟรงก์ใน ค.ศ. 768 หลังจากนั้นทรงประกอบพระกรณียกิจตามธรรมเนียมผู้นำนักรบของชาวแฟรงก์ด้วยการขยายอำนาจของอาณาจักร เริ่มด้วยการผูกมิตรกับชาวลอมบาร์ดทางตะวันออกเฉียงใต้ด้วยการอภิเษกกับธิดากษัตริย์แห่งลอมบาร์ด ซึ่งจะทำให้พระองค์มีสิทธิเหนืออาณาเขตของพวกลอมบาร์ดด้วย แต่ต่อมาก็เกิดความขัดแย้งระหว่างพระองค์กับพวกลอมบาร์ด พระมเหสีถูกขับออกจากราชอาณาจักรแฟรงก์ พวกลอมบาร์ดยังพยายามยึดกรุงโรมและควบคุมพระสันตะปาปา ชาร์เลอมาญจึงส่งกองทัพไปช่วยพระสันตะปาปาและมีชัยชนะเหนือพวกลอมบาร์ด ราชอาณาจักรแฟรงก์จึงทำหน้าที่คุ้มครองศาสนจักรที่กรุงโรมนับแต่นั้น และพระสันตะปาปาก็ให้การรับรองชาร์เลอมาญในฐานะ "จักรพรรดิแห่งชาวโรมัน" ในพิธีราชาภิเษกโดย สมเด็จพระสันตะปาปาลีโอที่ 3 ที่มหาวิหารนักบุญเปโตรในกรุงโรม ในปี ค.ศ. 800 ซึ่งหมายถึงการยอมรับว่าชาร์เลอมาญมีฐานะเทียบเท่าจักรพรรดิแห่งจักรวรรดิโรมันในสมัยโบราณและเป็นประมุขเหนือดินแดนอิตาลี ก่อนหน้านั้นชาร์เลอมาญยังทรงขยายดินแดนไปทางตะวันตกเฉียงใต้และสเปนต่อเนื่องจากสมัยพระบิดาและยึดครองเยอรมันใต้ (รัฐบาวาเรียในปัจจุบัน)