波拿巴在意大利长大，而在1822年6月29日与他的堂姐塞奈达·莱提西娅·朱莉·波拿巴（英语：Zénaïde Laetitia Julie Bonaparte，1801年7月8日–1854年8月8日）成婚后，他们旅居美国。在离开意大利前他发现了莺科中的新物种须苇莺（Acrocephalus melanopogon），在航海中他收集到新物种黄蹼洋海燕（Oceanites oceanicus）的标本。一到美国他就写了关于这种鸟的一篇论文，并以亚历山大·威尔逊（Alexander Wilson）的名字命名。　之后波拿巴开始更新威尔逊的《American Ornithology》，修订版在1825年和1833年间发行。在1824年他设法使费城自然科学协会接收当时并不知名的约翰·詹姆斯·奥杜邦，但是这遭到鸟类学家乔治·沃德（George Ord）的反对。　在1826年底波拿巴举家回到欧洲。他访问了德国，遇到了菲利浦·雅格布·克莱茨迈（Philipp Jakob Cretzschmar）。访问英格兰时，在大英博物馆遇到了约翰·爱德华·格雷，并再次结识奥杜邦。在1828年他全家迁往罗马。在1832年和1841年间波拿巴发表了他关于意大利动物的作品《Iconografia della Fauna Italica》。　在1849年他被选入罗马议会，参与创建了罗马共和国。按照Jasper Ridley所说，当议会第一次召开时：“当维泰博人卡洛·波拿巴被点到名时，他这样回应：‘共和国万岁！’（Viva la Repubblica!）”他参加了保卫罗马的战争，对抗由路易-拿破仑·波拿巴派遣的4万法国人组成的部队。在1849年7月共和军被打败后，他离开罗马，然后去了马赛，但是路易-拿破仑·波拿巴命令他离开。　后来他旅居英格兰，出席了伯明翰英国科学促进会的会议，之后他访问了居住在苏格兰南部的威廉·查顿。他后来准备系统分类世界上的所有鸟类，访问了全欧洲的博物馆去研究其中的藏品。在这段时间中他被允许返回法国，将巴黎作为他度过余生的地点。在他去世之前，他发表了《Conspectus Generum Avium》的第一卷，而第二卷是由赫尔曼·施勒格尔（Hermann Schlegel）校订的。