Carlos IV da Lorena (em francês: Charles IV de Lorraine, em alemão: Karl IV von Lothringen; Nancy, 5 de abril de 1604 - Bernkastel, 18 de setembro de 1675) foi um Duque da Lorena e de Bar, de jure de 1625 a 1675 (de facto de 1625 a 1634, em 1641 e de 1659 a 1670).
Como descendente de Gerardo da Lorena, ele deveria ter sido numerado como Carlos III da Lorena, mas os historiadores lorenos, que pretendiam a legitimidade dos duques da Lorena e de Guise, ligando-os diretamente aos Carolíngios, incluíam na lista de duques o Carolíngio Carlos, duque da Baixa-Lotaríngia, morto em 991.
Neto do duque Carlos III, o Grande, e sobrinho do duque Henrique II, era conhecido sob o nome de Carlos de Lorena, príncipe de Vaudémont, ou simplesmente Carlos de Vaudémont. Filho de Francisco, Conde de Vaudémont, e de Cristina de Salm.
Passa a sua infância na corte de França, sendo um companheiro de brincadeira do futuro Luís XIII, mais velho apenas 3 anos. O seu pai fora equacionado como um partido possível para Maria de Médici antes desta se tornar rainha de França. Regressado à Lorena, onde o seu tio paterno, o duque Henrique II não tinha descendência masculina, Carlos considerava-se como o herdeiro dos ducados, tendo em conta um pretenso testamento do duque Renato II que especificava que os ducados deviam ser transmitidos em linha masculina. Só que o duque, seu tio, respeitando a tradição lorena, entendia deixar o ducado à sua filha mais velha, Nicole, o que fez com que Carlos se afastasse da Lorena.
Combate pelo imperador Fernando II destacando-se na batalha da Montanha Branca, em 8 de novembro de 1620, demonstrando capacidades como chefe militar, quando tinha apenas 16 anos.
Após longas negociações, casa em 1621 com a sua prima Nicole; esta estava destinada a casar-se com o jovem Luís XIII, o que faria que a Lorena e o Barrois fossem integrados pacificamente na França, mas a morte de Henrique IV põe fim a este projeto e Luís XIII acaba por casar com uma infanta espanhola.
Após deixar disposições prevendo que a autoridade de Carlos de Vaudémont dependeria dos direitos da sua mulher, Henrique II da Lorena morre a 31 de julho de 1624.
Primeira abdicação e regresso ao poder
Carlos não se contentava com a posição de consorte. Com o apoio do seu pai, ele pretendia obter a totalidade do poder. En novembro de 1625, Francisco de Vaudémont (o pai de Carlos), apoiando-se nos termos do pretenso testamento do duque Renato II, reivindica a coroa ducal. Os Estados Gerais dos ducados avaliam a legitimidade do seu pedido e Nicole e Carlos IV abdicam conjuntamente em seu favor.
Francisco de Vaudémont torna-se duque a 21 de novembro de 1625 sob o nome de Francisco II da Lorena, mas abdica cinco dias mais tarde a favor do seu filho que, assim, se torna o Duque Soberano Carlos IV, mas sem ficar dependente dos direitos da sua mulher.
As relações entre a França e a Lorena degradam-se, uma vez que Luís XIII recusa-se a reconhecer os princípios do direito que havia levado Carlos ao poder, já que a França tinha todo o interesse em que os ducados pudessem ser transmitidos por via feminina, na eventualidade de uma herdeira vir a casar com um príncipe francês.
Por outro lado, o fim das guerras e das ambições francesas na Itália tinham deslocado as frentes de conflito para norte. A política de Luís XIII de França e do seu poderoso ministro, o Cardeal Richelieu era deslocar a fronteira do reino até às margens do Reno.
Sem o apoio dos seu tios (o eleitor Maximiliano I da Baviera e o imperador Fernando II), o duque Carlos IV procura outras alianças e rompe com a política ultra-católica dos seu antecessores, aliando-se com os huguenotes franceses, com os Ingleses e com o Duque de Saboia.
Com uma diplomacia ativa mas confusa, Carlos apoiou discretamente os inimigos do Cardeal de Richelieu, acolhendo os conspiradores que, assim, escapavam à justiça real francesa entre os quais se encontrava Gastão de França, Duque de Orleães, irmão do rei e herdeiro do trono de França.
Em setembro de 1629, Gastão de França refugiou-se na Lorena e, sem o consentimento do seu irmão, o rei, casa em 1632 com aquela que ele chamaria toda a sua vida o Anjo, a princesa Margarida de Lorena, irmã do duque Carlos.
Na Primavera de 1631, Gustavo Adolfo, rei da Suécia, desembarca na Pomerânia dando início à Guerra dos Trinta Anos que assolou a Europa. Carlos envia o seu exército para apoiar o Imperador. No Outono desse ano, as tropas francesas invadem a Lorena e o duque considera mais prudente um compromisso assinando o tratado de Vic (6 de janeiro de 1632.
Segunda abdicação e regresso ao poder
Em junho de 1632, Luís XIII invade uma segunda vez a Lorena e Bar, ocupando os ducados. Carlos vê-se constrangido a assinar o Tratado de Liverdum (26 de junho de 1632) que, na verdade, ele pensava em não respeitar. Em setembro de 1633, as tropas francesas invadem por uma terceira vez a Lorena e Carlos julga ser mais favorável abdicar em 19 de janeiro de 1634 a favor do seu irmão Nicolau Francisco que vem a reinar como Nicolau II da Lorena. Carlos vai comandar as tropas imperiais na guerra contra os suecos e, mais tarde, contra os franceses, obtendo diversos sucessos.