Figlia di Ludovico I duca di Savoia e di Anna di Lusignano, nacque nel 1441.
Nel 1443 fu concordato il suo fidanzamento con Federico erede del ducato di Sassonia ma il contratto fu annullato dal padre di Carlotta quando Luigi delfino di Francia si candidò come pretendente.
Carlo VII re di Francia e padre di Luigi negò il suo consenso ma il delfino non volle attenersi alla volontà paterna e il matrimonio fu celebrato segretamente nel marzo 1451. La sposa aveva dieci anni, lo sposo ventisette ed era al suo secondo matrimonio.
Nel 1461 il marito divenne re di Francia come Luigi XI ma Carlotta non partecipò mai al governo e alla vita politica del regno. Si dedicò alle opere pie ed amò la musica e la poesia.
Morì il 1° dicembre 1483 lasciando una ricca biblioteca.
Figli suoi e di Luigi XI furono Carlo VIII, Anna, Giovanna e altri cinque morti nell'infanzia.