Fu l'erede al trono di Sassonia-Weimar-Eisenach.
Biografia Nacque a Weimar, come unico figlio di Carlo Alessandro, granduca di Sassonia-Weimar-Eisenach e della principessa Sofia d'Orange-Nassau.
Carlo Augusto servì nell'esercito del granducato ed era sottotenente degli ussari nell'esercito imperiale russo. Venne decorato con la "gran croce" dell'Ordine del Falco Bianco e con quella dell'Ordine del Leone d'Oro.
Matrimonio Il 26 agosto 1873, a Friedrichshafen, sposò la principessa Paolina di Sassonia-Weimar-Eisenach. Erano cugini di secondo grado, poiché lei era la nipote del principe Bernardo, fratello minore del granduca Carlo Federico di Sassonia-Weimar-Eisenach, il nonno di Carlo Augusto.
Dal matrimonio nacquero due figli: Guglielmo Ernesto Carlo Alessandro Federico Enrico Bernardo Alberto Giorgio Ermanno, granduca di Sassonia-Weimar-Eisenach (Weimar, 10 giugno 1876 - Heinrichau, 24 aprile 1923) Bernardo Carlo Alessandro Ermanno Enrico Guglielmo Federico Oscar Francesco Pietro (Weimar, 18 aprile 1878 - Weimar, 1º ottobre 1900)
Morte A causa di una malattia cronica, Carlo Augusto si recava spesso a Mentone per la sua salute. Morì a Cap Martin sei anni prima di suo padre. Il figlio maggiore di Carlo Augusto divenne in seguito granduca di Sassonia-Weimar-Eisenach. Carlo Augusto venne sepolto a Fürstengruft.
Ascendenza
Onorificenze
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