Карл Фрыдрых Гольштэйн-Готарпскі (ням.: Karl Friedrich, Herzog zu Holstein-Gottorp; 30 красавіка 1700 — 18 чэрвеня 1739, Рольфсгаген) — герцаг Гольштэйна з роду Готарпаў, бацька расійскага імператара Пятра III, пляменнік шведскага караля Карла XII (сын яго сястры Гедвігі Сафіі), зяць Пятра I і Кацярыны I.
Калі Карлу было 2 гады, яго бацька, герцаг Шлезвіга Фрыдрых IV, загінуў падчас Паўночнай вайны. Датчане акупавалі зямлі, якія належалі яму, і Карл разам з маці быў вымушаны эміграваць да двара яе брата ў Швецыю. Дамаганням Карла Фрыдрыха на шведскі прастол пасля гібелі дзядзькі ў 1718 годзе перашкодзіла каралева Ульрыка Элеанора, малодшая сястра Карла XII.
Мір шведаў з датчанамі ў 1720 годзе пахаваў надзею Карла на вяртанне фамільных маёнткаў, хоць яго правы на шведскі прастол працягвала адстойваць т.зв. гальштынская партыя.
Застаўшыся бедным сваяком пры шведскім двары, герцаг па парадзе свайго першага міністра Басевіца ў 1721 годзе пераехаў у Расію, дзе ў рамках наладжвання руска-шведскіх адносін пасля заканчэння Паўночнай вайны ажаніўся з Ганнай Пятроўнай, дачкой Пятра Вялікага. У нявесты гэты шлюб выклікаў агіду з-за таго, што герцаг, як ёй гэта перадавалі, «шукаў у ніжэйшых класах наёмнага кахання». Пасля жаніцьбы ён застаўся жыць у Пецярбургу, прычым у першыя гады па смерці імператара стаў адным з членаў Вярхоўнага тайнага савета.
Падрабязнасці пра знаходжанне герцага ў Расіі вядомыя з дзённіка, які вёў яго камер-юнкер Берггальц. Ён акуратна ўносіў запісы пра тое, што кожны дзень рабіў герцаг, як ён піў, як пасціўся, хварэў і лячыўся, у якія гадзіны выйшаў з дому і г.д. З вялікай увагай апісаны танцы герцага, да якіх ён быў вялікім аматарам. Аснову дзённіка складае камер-фур’ерскі журнал.
Карл Фрыдрых выдаліў Басевіца і вярнуўся ў Гальштынію ў 1727 годзе, калі стала зразумела, што яго жонка не зможа атрымаць у спадчыну вакантны рускі прастол. Ён пасяліўся ў герцагскім палацы ў Кілі, дзе ў яго нарадзіўся сын Карл Петэр Ульрых — будучы імператар Пётр III. З дзіцячых гадоў ён рыхтаваў сына да непазбежнасці вайны з датчанамі за акупаваныя землі на поўначы Шлезвіга. Памёр ва ўзросце 39 гадоў і быў пахаваны ў былым кляштары горада Бордэсхальм (т.зв. «руская капэла»).