Karel Leopold Nicolaas Sixtus (Wenen, 3 april 1643 - Wels, 18 april 1690) was de tweede zoon van hertog Nicolaas II van Lotharingen en Claude van Lotharingen.

Karel was, als tweede zoon, voorbestemd voor een religieus leven, maar door de dood van zijn oudere broer, werd hij opvolgkandidaat voor het hertogdom en begon hij een militaire carrière. Hij bracht het tot opperbevelhebber van het keizerlijke leger. Zo stond hij aan het hoofd van het keizerlijk leger tijdens de onsuccesvolle belegering van Boeda in 1684, maar slaagde er toch in om de stad twee jaar later te veroveren.

Na het overlijden van zijn oom Karel IV werd hij titulair-hertog van Lotharingen vermits het hertogdom bezet bleef door Franse troepen.

Hij huwde Eleonora van Oostenrijk, de dochter van keizer Ferdinand III van het Heilige Roomse Rijk. Uit dit huwelijk stammen:

• Leopold (1679-1729), hertog van Lotharingen
• Karel Jozef (1680-1715), aartsbisschop van Trier (1711-1715)
• Eleonora (1682-1682)
• Karel Ferdinand (1683-1685)
• Jozef (1685-1705), generaal in het keizerlijk leger
• Frans (1689-1715), abt van Malmédy.