祖父であるアルフォンソ13世は、1931年の共和派政権の誕生を受けて家族とともにイタリアの首都であるローマへ亡命し、王政は終わりを迎えた。その後発生したスペイン内戦を経て、フランシスコ・フランコ将軍がエル・カウディーリョ・デ・エスパーニャとして国を治めることになった。

そのような状況の下、フアン・カルロスは1938年に亡命先のローマで、アルフォンソ13世の四男バルセロナ伯爵フアン・デ・ボルボン・イ・バッテンベルグ（1913年 - 1993年）と、旧両シチリア王国の王族マリア・デ・ラス・メルセデス（1910年 - 2000年）の間の長男として生まれる。

フアン・カルロスは、第二次世界大戦の終結後のイタリアにおける、国民投票の結果を受けた共和制移行とそれに伴うイタリア王室の国外追放を受けて、1948年にスペインへ戻り、フランコの庇護の下、フランコ死後の指導者になるべく教育を受けた。帰国後はサン・セバスティアンで初等教育を受け、陸軍に入隊した。その後、マドリード大学で学んだ。

1969年、フランコより後継者指名を受けた。
即位・王政復古と民主化の推進

1975年11月20日にフランコが死去すると、フアン・カルロスはフランコの遺言に従って同年11月22日に即位した。即位前にフランコの庇護下で帝王学の教育を受けていたこともあり、そのまま国王を筆頭とした権威主義体制を採るかと思われた。しかし即位後はフランコの権威主義体制を受け継がず、一転して他のヨーロッパの立憲君主国を模範とした政治の民主化を推し進めた。国王の姿勢は、フランコの葬儀の時に参列したチリのアウグスト・ピノチェト大統領をすぐさま追い返すなど、早くからその片鱗が現れていた。

1977年には41年ぶりに総選挙が行われ、1978年に新憲法が承認されてスペインは立憲君主制に移行した。新憲法では、国王は儀礼的な役割を果たすのみとされ、スペインにおける権威主義体制の解体と民主政治確立に大きな功績を残した。

1981年のアメリカ訪問では、ニューヨーク近代美術館に「貸与」していたパブロ・ピカソの『ゲルニカ』の返還を要請し、これによって『ゲルニカ』はニューヨーク近代美術館からプラド美術館を経て、ソフィア王妃芸術センターに安住の地を得ることになった。
クーデター未遂事件

1981年2月23日、国王親政の復活を求めるアルフォンソ・アルマダ・コミン陸軍参謀次長の信任を受けた、グアルディア・シビル所属のアントニオ・テヘーロ中佐が率いる約200人の兵士により議会が占拠され、アドルフォ・スアレス首相ら閣僚と議員350人が人質に取られるクーデターが発生した（23-Fと呼ばれる）。しかし国王はこの申し出を拒否し、直ちに全軍の指揮官に対してこのクーデターに賛同しないよう呼びかけると同時に、テレビで国民に平静を呼びかけ、民主政治の維持を図った。また、翌24日には陸軍兵士らも国王の呼びかけに応じて投降したため、国民から国王への信頼は不動のものとなった。

このとき、感想を問われ「自分の給料分、働いただけです」と答えた。しかしフアン・カルロスの非公認の「伝記」を著したパトリシア・スベルロによれば、「このクーデターは国内を政治的に安定させ、国王の人気を高めるために仕組まれたものであった可能性もある」という。ともあれ、その後も国王としてのフアン・カルロスの人気は絶大さを保った。2005年に保守系新聞『エル・ムンド』紙によって行われたアンケートによれば、国王に対して「良い」あるいは「非常に良い」印象を持っている国民は77.5%に達しているが、カタルーニャ州やガリシア州では、国王の肖像写真が白昼堂々と公衆の面前で燃やされるなどの事件も起きている。
国際会議で一喝詳細は「ポル・ケ・ノ・テ・カージャス」を参照イベロアメリカ首脳会議の様子

2007年11月10日、チリで行われていた第17回イベロアメリカ首脳会議の閉幕式で、スペインのホセ・マリア・アスナール前首相を激しく批判したベネズエラのウゴ・チャベス大統領と、これを民主的に選ばれた代表に対する侮辱と受け取って強く反発したスペインのホセ・ルイス・ロドリゲス・サパテロ首相が口論となり、サパテロの諫言を全く聞き入れず一方的に批判を続けるチャベスに対して、フアン・カルロスが「?Por que no te callas?（黙ったらどうかね？）」と一喝した[2]。その後、国王のこの一言は携帯電話の着信メロディやTシャツなど様々な用途に商品化され、スペインでヒットした。着信メロディはおよそ50万のダウンロードにより約2億4千万円の利益を生んだ[3]。ただし、着信メロディの声は国王のものではなく、別人によるものであるという。なお、翌年7月のチャベスによるスペイン訪問の際には、国王自らこのTシャツをプレゼントし、チャベスはこれに対して印税を話題にした冗談で応じるなど、友好ムードで会談が行われた[4]。
譲位

フアン・カルロスは「ぜいたく好き」とも見なされており、2007年8月29日には左派政党から公金使途詳細の公表を求められていることを受け、監査人を指名した[5]（#人物も参照）。2011年10月のスペイン政府の調査では、フアン・カルロス1世に対する支持率は50%を割っている。[6]

2012年、非公式で訪れていたボツワナで、アフリカゾウのスポーツハンティング中に腰の骨を折る大怪我を負った。当時、スペインは経済的な苦境にあり（スペイン経済危機）、失業率が20%を超える状況にあり、国王といえども贅沢が許されるような状況になかったこと、また国王自身が世界自然保護基金の名誉総裁の職にあったにもかかわらずレッドリストに掲載されている動物を対象にスポーツハンティングを行ったことについて世界的な批判を受けることとなり[7]、名誉総裁を解任されるに至った（ただし、同国での象狩りは違法ではない）[8]。