Najwybitniejszym władcą z dynastii Karolingów był Karol Wielki (768-814). Rozszerzył on znacznie granice państwa frankijskiego, podbijając państwo Longobardów, Saksonię, Słowiańszczyznę Połabską, Bawarię. Prowadził również walki z Arabami w Hiszpanii i z chanatem awarskim.
W 800 roku Karol Wielki został koronowany przez papieża Leona III na cesarza. Celem umocnienia swego państwa Karol Wielki m.in. przeprowadził reformę systemu monetarnego oraz systemu szkolnictwa (reforma szkół klasztornych, nakaz zakładania nowych szkół katedralnych). Rozwój kulturalny państwa Franków w okresie rządów Karola Wielkiego spowodował, iż w historii okres ten nazywany jest „renesansem karolińskim”.
Po śmierci Karola Wielkiego jego państwo rozpadło się na skutek tendencji odśrodkowych. Syn Karola Wielkiego, Ludwik Pobożny, na mocy traktatu w Verdun (843) podzielił państwo pomiędzy swych synów: Lotara (Włochy, pas ziemi od Morza Północnego do Alp), Ludwika Niemca (Niemcy) i Karola Łysego (Francja).