I 1519 blev Karl kåret til kejser af Det tysk-romerske Rige. Karl 5. arvede titlen, da hans farfar den habsburgske kejser Maximilian 1. døde. Samme år arvede han Spanien efter sin moder. I oktober 1520 blev Karl kronet i Aachen som tysk-romersk kejser. Han abdicerede i 1556. Karl vandt opgøret i 1525 og holdt Frans i fangenskab. To år senere angreb han Norditalien og Rom, og Paven blev fængslet og Rom plyndret.  Indenrigspolitik Martin Luther var et problem. Han indledte omkring 1517 en reformatorisk bevægelse i Tyskland. På rigsdagen i Worms i 1521 blev Martin Luther  dømt fredløs.  Men både fyrster og bønder blev grebet af de nye tanker. Bønderne rejste sig i 1524 mod deres gejstlige og verdslige herrer i Bondekrigen, men opstanden blev slået ned med hård hånd af fyrsterne - og med Luthers accept. Trosstridighederne udløste krige i Tyskland, hvor kejser Karl V greb ind som øverste landsherre. I 1547 besejrede han de protestantiske fyrster, men han led nederlag i 1552, da Frankrig støttede de tyske oprørere. Karl måtte afstå bispedømmerne Metz, Toul og Verdun i Lorraine til Frankrig.  Ved den Augsburgske Religionsfred i 1555 blev det bestemt, at undersåtterne skulle bekende sig til samme tro som deres fyrster. Karl abdicerede i 1556. Hans vældige rige blev opdelt i en østrigsk og en spansk del. Den østrigske del gik til Karls broder Ferdinand, som var tysk-romersk kejser 1558-1564. Den spanske del gik til sønnen Filip 2., hvorved Nederlandene kom på spanske hænder. Sine sidste år tilbragte Karl i et spansk kloster, hvor han døde den 21. september 1558. Efter sejren over maurerne i Andalusien og fordrivelsen af jøderne byggede han en tilbygning i senrenæssancestil til Alhambra-slottet. Klosteret Escorial uden for Madrid, blev omdannet til et mausoleum og er baggrund for Schillers skuespil "Don Carlos" (1787) sat i musik af Giuseppe Verdi i operaen "Don Carlo" (1867), der skildrer den skygge, som Karl kaster over sin søn, som bliver konfronteret af de frihedselskende nederlændere.