เมื่อวันที่ 16 พฤษภาคม พ.ศ. 2499 อาร์ชดัชเชสชาร์ลอตทรงเข้าพิธีหมั้นกับแกรนด์ดยุกจอร์ชที่ 2 แห่งเม็คเคลนบวร์ก-สเตรอลิตส์ องค์ประมุขแห่งราชรัฐเม็คเคลนบวร์ก-สเตรอลิตส์ หลังจากนั้น ในวันที่ 21 กรกฎาคม ในปีเดียวกัน ทั้ง 2 พระองค์ก็ทรงเข้าพิธีอภิเษกสมรส ในพระตำหนักเพิ๊กกิ้ง บาวาเรีย ประเทศเยอรมนี

หลังจากนั้น เมื่อวันที่ 6 กรกฎาคม พ.ศ. 2506 แกรนด์ดยุกจอร์ชเสด็จสวรรคต ทั้ง 2 พระองค์จึงไม่มีพระราชโอรส หรือพระราชธิดาด้วยกันเลย