La enseñanza, que tantas inquietudes había irrogado a su preceptor Honorato Juan, estaba ya en un segundo plano y no hay apenas datos de sus iniciativas estudiantiles desde que la Corte se instala en Toledo y luego en Madrid en 1561. Sus estancias en Alcalá de Henares hacen admisible su asistencia esporádica a las clases que se impartían en la universidad, pero se teme que su preparación cultural fuese imperfecta o vulgar desde que se incorpora al mundo áulico. Su letra era descuidada y torpe, consecuencia de su falta de práctica en la escritura, poseía rudimentos de latín e interés por la historia, pero es seguro que no estuviese avezado en idiomas cuando únicamente el alemán despertaba su voluntad ante la coyuntura de una próxima unión conyugal. La hija de Maximiliano y María vivía desde su más tierna infancia en Viena, tras haber nacido en la península durante la regencia temporal de sus progenitores, y es procedente pensar que el alemán fuese su lengua cotidiana, pese a que tuviese nociones de castellano por el influjo materno.

Alonso de Laloo, secretario del conde de Horn, había entregado al príncipe un libro con las armas de los caballeros del toisón de oro, a cambio de 2.200 reales, que pasó a engrosar la biblioteca constituida por la elevada cifra de ciento setenta y seis volúmenes que abarcaban ámbitos muy proteicos. Este acaparamiento no presupone una reforzada formación intelectual, pero sí revela curiosidad como complemento de la indiscreción de que daba palpables muestras con frecuencia.

Al ejemplar aludido se unen creaciones como la biografía de Carlos V—no sorprende que estuviese atraído por las aventuras de su abuelo—, el discurso de la historia de Lorena y Flandes—síntoma de su propensión hacia los asuntos flamencos—y distintos trabajos como la rara república del turco; la crónica o comentarios de don Jaime, primer rey de Aragón; historia imperial y cesárea; ordenaciones hechas por el soberano Pedro de Aragón; la  crónica de los monarcas de Navarra, o el sumario de las vicisitudes de los Reyes Católicos. Los textos son una pura miscelánea dado que, en su conjunto, ofrece una enorme variedad. Muchos son de estilo religioso, como un misal y breviario del oficio mozárabe, tomos de los concilios, la vida de San Juan Evangelista o los milagros del santo fray Diego, a la permanencia de cuyas reliquias en su cámara de Alcalá de Henares atribuía la curación de las heridas ocasionadas por su penosa caída.

Las hagiografías y las crónicas se complementan con contenidos tan dispares como la geografía de Claudio Ptolomeo, un tratado en romance sobre las tafurerías (justificable dado su apego al juego), una cosmografía de Pero Apiano, la composición del cuerpo humano escrita por Antonio Valverde de Amusco, una obra relacionada con las monedas que antiguamente se utilizaban en España, elaborada por el obispo Covarrubias, una ortografía y arte de escribir con buen estilo, las fábulas de Esopo, los azares de Plutarco y ediciones de clásicos latinos que se mezclaba con títulos tan peregrinos como cuentos graciosos, en alemán, o el cuento de las estrellas narrado en romance.

La heterogénea biblioteca se consolidaba con la Historia pontifical y católica que no tendría nada de particular si no fuese porque estaba prohibida por el Santo Oficio. Por otro lado, como última rareza, no se debe ocultar que don Carlos disponía de dos escrituras de mano que eran el testamento y codicilo de Isabel de Valois, otorgadas antes de dar a luz a Isabel Clara Eugenia y firmadas por el escribano Juan López, como argumento fehaciente de que entre ambos jóvenes imperaba una consolidada confianza.