卡洛二世·贡扎加于1629年出生，是马耶讷公爵卡洛·贡扎加和玛丽亚·贡扎加的独子。

1637年，卡洛在祖父曼图亚公爵卡洛一世·贡扎加去世后继承了祖父的爵位，在其统治的头十年里由其母玛丽亚摄政。1649年11月7日，卡洛与前奥地利大公利奥波德五世的女儿伊莎贝拉·克拉拉结婚。这场婚姻是两国之间的外交手腕，这对夫妇只有一个孩子，即后来的曼图亚公爵费迪南多·卡洛·贡扎加。在儿子出生后，卡洛和伊莎贝拉·克拉拉的婚姻名存实亡，他与女贵族玛格丽塔·德拉罗维尔继续交往，还与阉人歌手阿托·梅拉尼等男性发生过性关系。哈罗德·安东在其著作《最后的美第奇（The Last Medici）》中记录道，卡洛在性交过程中去世。卡洛试图恢复其家族作为艺术赞助者的传统，并且试图重新扩充其家族的艺术藏品，以往的藏品大部分都被他的先辈卖掉了。1657年，卡洛将佛兰德画家兼版画复制匠丹尼尔·范·登戴克任命为他的官方宫廷画师、建筑师、建造项目鉴定人和剧院舞台设计工程师。在登戴克去世后，卡洛又于1663年4月4日将另一位来自佛兰德的画家弗朗斯·格菲尔斯任命为新任宫廷画师。1659年，卡洛把讷韦尔和勒泰勒公国出售给法国事实上的摄政王儒勒·马扎然，自此，两地成为了法国的一部分。