Juan Carlos est élevé à Madrid où il fréquente l'Académie militaire de San Fernando jusqu'en 1955. Il effectue son service militaire en Allemagne, puis il sert dans des unités de combat en Afrique du Nord et en Amérique latine.
En 1962, il épouse Sophia de Grèce, qui lui donne deux filles : la princesse Eléonore (née en 1965) et la princesse Christine (née en 1963).
En 1975, lorsque Franco meurt, Juan Carlos accède au trône. Il doit faire face à de nombreux défis, notamment l'émergence du terrorisme basque et les problèmes économiques. Le roi joue un rôle important dans la transition démocratique espagnole en permettant la libération de prisonniers politiques et en encourageant le dialogue entre le gouvernement et les opposants politiques. En 1981, il fait face à une tentative de coup d'État militaire qui est éventée sans effusion de sang grâce à son action rapide.
En 1986, Juan Carlos voyage en Afrique pour négocier l'indépendance du Sahara occidental avec les guerriers sahraouis. Son action permet la signature de l'accord de Madrid qui reconnaît une large autonomie au Sahara occidental sous le contrôle marocain.
En 2014, après des années de scandales et de critiques envers son comportement privé, Juan Carlos I abdique en faveur de sa fille la reine Isabelle II. Depuis cette date, il conserve le titre de roi d'Espagne sous l'épithète de Roi émérite.
Juan Carlos a été le premier roi espagnol à régner depuis les années 1930 et il est largement considéré comme étant un des plus populaires et les plus respectés monarques de l'histoire d'Espagne grâce à son rôle crucial dans la transition démocratique espagnole.