Своими успешными войнами Карл раздвинул границы Франкского государства на огромное расстояние. Столь же неутомимо, входя во все мелочи, заботился он об улучшении государственного устройства, о материальном и духовном развитии своего государства. Военное могущество его он значительно возвысил посредством упорядочения сбора ополчения, а границы укрепил военной организацией марок, управляемых маркграфами. Он уничтожил казавшуюся ему опасной для короля власть герцогов. Отдельными округами управляли графы, сосредоточившие в своих руках функции административные, финансовые, военные и отчасти судебные. Два раза в год — в конце весны или в начале лета и осенью — вокруг самого императора собирались государственные сеймы; на весенний могли являться все свободные люди, на осенний приглашались только наиболее важные «советники» государя, то есть люди из придворного круга, высшей администрации и высшего духовенства. На осеннем собрании обсуждались различные вопросы государственной жизни и составлялись по ним решения, получившие форму так называемых капитуляриев. На весеннем собрании капитулярии представлялись на одобрение собравшихся; здесь же государь получил от съехавшихся сведения о состоянии управления, о положении и нуждах той или иной местности.
Карл много заботился о сельском хозяйстве и об управлении дворцовыми имениями; от него остались подробные и обстоятельные постановления, касающиеся этого управления (Capitulare de villis). По приказанию Карла осушались болота, вырубались леса, строились монастыри и города, а также великолепные дворцы и церкви (например в Ахене и в Ингельгейме). Затеянное в 793 году устройство канала между Редницем и Альтмюлем, которым соединились бы Рейн и Дунай, Северное и Чёрное моря, осталось неоконченным.
Оказывая энергичное содействие распространению христианства, покровительствуя духовенству и устанавливая для него десятину, будучи в наилучших отношениях с папой, Карл сохранял за собою, однако, полную власть в церковном управлении: он назначал епископов и аббатов, созывал духовные соборы, постановлял на сеймах решения, касавшиеся церковных дел. Хотя сам Карл не знал грамоты[12], он положил начало Каролингскому возрождению. По утверждениям придворных биографов, император приказал составить грамматику народного языка, в которой установил франкские названия месяцев и ветров, а также велел собирать народные песни. Он окружал себя учёными (Алкуин, Павел Диакон, Эйнхард, Рабан Мавр, Теодульф) и, пользуясь их советами и содействием, стремился дать образование духовенству и народу. В особенности он заботился об устройстве школ при церквах и монастырях; при своем дворе он устроил род академии для образования своих детей, а также придворных и их сыновей.В 794 году на месте термального курорта кельтов и римлян в Ахене, Карл начал строительство огромного дворцового комплекса, законченного в 798 году. Превратившись сначала в зимнюю резиденцию Карла, Ахен постепенно стал постоянной резиденцией, а с 807 года — постоянной столицей империи. Карл укрепил денье, которое стало весить 1,7 грамма.
Слава Карла распространилась далеко за пределами его владений. Посольства из чужих земель часто появлялись при его дворе, как, например, посольство Харун ар-Рашида, в 798 году доставившее властителю франков богатые подарки, включая слона, названного Абуль-Аббасом.