El Rey nació en Roma, el 5 de enero de 1938. Primer hijo varón de don Juan de Borbón y Battenberg y de doña María de las Mercedes de Borbón y Orleáns, a los tres años se convirtió en heredero de la Casa Real española, al abdicar su abuelo, Alfonso XIII, en su padre. Tras pasar su infancia en Italia, Suiza y Estoril (Portugal), donde los Condes de Barcelona fijaron su residencia en 1946, el 9 de noviembre de 1948 pisó por primera vez España, donde se fijó su residencia, alejado de su familia.
En 1954 finalizó el bachillerato en el Instituto San Isidro de Madrid y al año siguiente comenzó su formación castrense en la Academia General Militar de Zaragoza, donde el 15 de diciembre del mismo año juró bandera. Tras pasar por la Escuela Militar de Marín (1957-1958) y la Academia General del Aire, en San Javier (1958-1959), en diciembre de 1959 recibió los despachos de teniente de Infantería, alférez de Fragata y teniente de Aviación. De 1960 a 1961 realizó un programa de estudios monográficos de Derecho, Economía, Política y Filosofía, simultaneados entre la Universidad de Madrid y la "María Cristina" de San Lorenzo de El Escorial.
El 14 de mayo de 1962 contrajo matrimonio, en Atenas, con la entonces princesa Sofía, primogénita del rey Pablo de Grecia. De esta unión nacieron tres hijos, las infantas Elena (1963) y Cristina (1965) y don Felipe, nacido en 1968, que desde 1977 es Príncipe de Asturias y heredero. El 22 de julio de 1969, a propuesta del general Franco, fue designado por las Cortes Españolas sucesor en la Jefatura del Estado, a título de Rey. Al día siguiente prestó juramento y recibió el título de Príncipe de España. Dos días después fue ascendido, por decreto, a general de Brigada de los ejércitos de Tierra y Aire, y contraalmirante de la Armada, atribuyéndosele los honores de capitán general. Desde entonces, ocupó en todos los actos oficiales el puesto inmediato al jefe del Estado. Como Príncipes de España, don Juan Carlos y doña Sofía visitaron diferentes ciudades y regiones de España y viajaron oficialmente a 36 países de cuatro continentes, como embajadores de honor de España.
El 22 de noviembre de 1975 fue proclamado Rey y pronunció ante las Cortes su primer mensaje a la nación, en el que expresó su deseo de ser "rey de todos los españoles". Cinco días más tarde, en una ceremonia religiosa celebrada en la iglesia de San Jerónimo el Real de Madrid, tuvo lugar la denominada "exaltación" al trono de España, con el nombre de Juan Carlos I. A partir de ese momento, se convirtió en uno de los artífices de la democratización del país, que comenzó con la Ley de la Reforma Política de 1976. Otro momento destacado fue la aprobación por referéndum de la Constitución el 6 de diciembre de 1978, sancionada por el Rey el 27 de ese mes. El 14 de mayo de 1977, don Juan, conde de Barcelona, jefe de la Casa Real Española, renunció oficialmente a todos sus derechos dinásticos, en favor de su hijo, don Juan Carlos.
El Rey tuvo una intervención decisiva en el intento de golpe de Estado del 23 de febrero de 1981, con la que se ganó el respeto y la admiración, tanto en España como en el extranjero. Tal como expresa la Constitución en su artículo 56, es el jefe del Estado, símbolo de su unidad y permanencia, arbitra y modera el funcionamiento regular de las instituciones y asume la más alta representación del Estado español en las relaciones internacionales. Ostenta además el mando de las Fuerzas Armadas. El 22 de noviembre de 2005, don Juan Carlos cumplió 30 años al frente de la jefatura del Estado, periodo en el que ha encabezado "una nueva etapa de la historia de España", cumpliendo el deseo que expresó durante su proclamación.
Con motivo de su 70 cumpleaños, el 9 de enero de 2008 se celebró una cena en su honor, con la asistencia de las más altas autoridades del Estado, en la que el Rey agradeció a todos ellos su contribución a mantener "el rumbo de la Corona" y haber logrado "una España unida y diversa, moderna y plural, próspera y solidaria". Durante estos años ha visitado todas las comunidades autónomas y las dos ciudades autónomas de Ceuta y Melilla, que visitó junto con la reina los días 5 y 6 de noviembre de 2007, y ha realizado numerosos viajes al extranjero, visitando los cinco continentes. Ha impulsado un nuevo estilo en las relaciones iberoamericanas, con su asistencia a todas la Cumbres Iberoamericanas celebradas desde 1991, y ha recordado siempre la vocación europea de España, alentando su proceso de integración en Europa.
El 12 de junio de 2010 presidió en el Palacio Real el acto conmemorativo del 25 aniversario de la firma del Tratado de Adhesión a la Comunidad Europea. El 27 de ese mes presidió en el Congreso un acto de homenaje a las víctimas del terrorismo, el primero que se hizo en la Cámara Baja con todos los grupos parlamentarios. Como jefe supremo de las Fuerzas Armadas, se reúne una vez al año con los tres Ejércitos en la fiesta de la Pascua Militar y el 10 de octubre de 2007 presidió la constitución del Consejo Nacional de Defensa, en su primera reunión celebrada en el palacio de la Zarzuela. Además, ejerce el alto patronazgo de las Reales Academias y mantiene una asidua relación con los ámbitos culturales y en particular con la Universidad; es presidente de honor del Patronato del Instituto Cervantes. Ha sido investido doctor honoris causa por una treintena de prestigiosas universidades españolas y extranjeras. Además apoya personalmente la creación y desarrollo de nuevas tecnologías. Como valedor de las relaciones internacionales y por su papel en el restablecimiento de la democracia en España ha sido reconocido con numerosos premios internacionales, como el Premio Carlomagno (1982), el Premio Nacional de Humanismo y Democracia (1983) o el Premio de Convivencia "Profesor Manuel Broseta" (1997).
Está en posesión de múltiples distinciones; entre ellas, las Medallas de Oro del Congreso, del Senado y del Consejo de Estado, así como de todas las Comunidades Autónomas. En 1989 le fue otorgada la Cruz de Oro de la Guardia Civil. Cuenta además con numerosos títulos y condecoraciones extranjeras, como la Gran Cruz de la Orden de Malta o caballero de la Orden de la Jarretera, otorgada por el la Reina de Inglaterra. En 1987 Naciones Unidas le concedió la Medalla Nausen, por su apoyo a los refugiados y en enero de 1988 recibió la Medalla del Consejo de Europa. Gran aficionado al deporte, sobre todo el esquí y la vela, participó en los Juegos Olímpicos de Múnich de 1972, representando a España en la modalidad de balandrismo.Don Juan Carlos ha sido intervenido en nueve ocasiones, cinco de ellas de 2010 a 2012.
Su paso por quirófano ha sido debido a motivos de salud y por accidentes relacionados con la práctica deportiva. Por su especial relevancia, destacan las intervenciones sufridas en mayo de 2010, para extirparle un nódulo pulmonar, y en abril de 2012, de una fractura de cadera.
Esta última coincidió con un momento crítico de la crisis económica española y tras un viaje de placer a Botsuana. En un gesto sin precedente, don Juan Carlos pidió el 18 de abril de 2012 disculpas públicamente, al afirmar, "Lo siento mucho; me he equivocado y no volverá a ocurrir". Durante la celebración de la XXII Cumbre Iberoamericana, que se celebró en Cádiz, entre los días 16 y 18 de noviembre 2012, el monarca adelantó que iba a ser sometido a una intervención quirúrgica para implantarle una prótesis en la cadera izquierda, operación que tuvo lugar el 23 de noviembre en el Hospital San José de Madrid.
El Rey fue intervenido de nuevo el 3 de marzo de 2013 de dos hernias discales. En febrero de 2014 -y enmarcado en una nueva política de transparencia- el Rey asignó a la Reina y a la Princesa de Asturias un sueldo fijo, como ya hacía con el Príncipe, que en el caso de doña Sofía será un 45% del suyo y en el de doña Letizia un 35%. El Rey también ha sido testigo de momentos duros en su familia. A la muerte de sus padres, se sumó el divorcio de su primogénita, la infanta Elena; la implicación de su yerno Iñaki Urdangarín, marido de la infanta Cristina, en el llamado caso Noos; y el disparo de escopeta en un pie de su nieto mayor, Felipe Juan Froilán.