Karloman urodził się między 706 a 716 rokiem jako najstarszy syn Karola Młota, majordoma pałacu i księcia Franków, oraz jego żony Chrotrudy z Trewiru. Po śmierci ojca w 741 roku wraz z bratem Pepinem Krótkim przejął jego stanowiska: Karloman objął władzę w Austrazji, a Pepin w Neustrii. Był kluczową postacią w umacnianiu potęgi Karolingów kosztem osłabiających się Merowingów. Wspierał reformę kościelną prowadzoną przez świętego Bonifacego, chroniąc interesy Kościoła i walcząc z nadużyciami świeckich posiadaczy dóbr kościelnych. W 742 roku uczestniczył w niemieckim synodzie, który zapoczątkował moralizację obyczajów duchowieństwa. W 744 roku ufundował teren pod budowę opactwa w Fuldzie. Po latach walk z Alamanami, Bawarami, Sasami i ludami Akwitanii, w 747 roku zrezygnował z władzy, przyjmując habit zakonny i udając się do opactwa Monte Cassino. W 753 roku został wysłany przez papieża do Francji w misji pokojowej, a rok później zmarł 17 sierpnia w Vienne, gdzie został pochowany. Jego synem był prawdopodobnie Drogo, biskup Metzu.