Karl Maximilian Philipp Franz Xaver se narodil v dubnu roku 1702 jako osmé z deseti dětí Waltera Xavera Dietrichsteina a jeho druhé manželky Karolíny Maxmiliány, rozené Pruskovské. I když měl Karel Maxmilián dva starší bratry, byl to nakonec on, kdo se stal dědicem majetku po svém otci.
Dětská léta trávil Karel Maxmilián i se sourozenci v dietrichsteinském paláci v Brně. Od roku 1720 studoval spolu se svým mladším bratrem Janem Leopoldem práva v Salzburgu, v Leidenu a Lovani, následoval krátký pobyt u bruselského dvora a u dvora francouzského krále v Paříži. Studia bratři dokončili v Nancy, odkud se vydali roku 1723 přes Lyon do Itálie. Pobytem v Římě koncem roku 1724 byla jejich kavalírská cesta ukončena a oba bratři se vrátili domů. Karla Maxmiliána čekala kariéra u císařského dvora, byl jmenován komořím a krátce nato se také oženil. Jeho manželkou se stala roku 1725 Marie Anna Josefa, dcera místodržitele Dolního Rakouska hraběte Zikmunda Khevenhüllera.
Manželé pobývali ve Vídni u císařského dvora, kde byl roku 1745 Karel Maxmilián jmenován dvorským maršálkem a roku 1747 nejvyšším hofmistrem. Roku 1749 dostal Řád zlatého rouna. Působil také jako dvorský sudí a u dvora byl považován za jednoho z nejvzdělanějších mužů monarchie.
Ve třicátých letech 18. století zemřeli Karlu Maxmiliánovi oba rodiče a Karel Maxmilián se stal držitelem knížecího titulu a rodového majetku, ze kterého byla pro jeho mladšího bratra Jana Leopolda vytvořena sekundogenitura, obnášející panství Boskovice, Sokolnice a později i Židlochovice.
Roku 1754 se Karel Maxmilián vzdal všech dvorských funkcí a odstěhoval se z Vídně do Mikulova. Ode dvora odešel údajně pro nemoc své manželky, ale zřejmě hlavně proto, aby se mohl plně věnovat správě rodových statků poničených ve čtyřicátých letech 18. století válkou s Prusy. Ti roku 1742 obsadili Mikulov a v průběhu čtyřicátých let také několikrát táhli přes Libochovice a česká dietrichsteinská panství. V padesátých letech 18. století vtrhli Prusové na česká panství Dietrichsteinů znovu – roku 1759 vypálili Budyni nad Ohří a Libochovice se podobnému osudu vyhnuly jen rychlým vyplacením. Ve spolupráci s pokrokovými odborníky na hospodářství se knížeti Karlu Maxmiliánovi válečné škody podařilo brzy napravit a rodové statky modernizovat.

Karel Maxmilián nechal postavit zámeček v Kupařovicích, kde založil chovnou stanici pro koně. Inicioval opravy dietrichsteinského paláce v Brně, v Mikulově podporoval dostavbu a výzdobu kapucínského kláštera a piaristického kostela sv. Jana Křtitele, který byl vyzdoben freskami Franze Antona Maulpertsche a obrazy Felixe Ivo Leichera. Společně se svým bratrem Janem Leopoldem zaměstnával Karel Maxmilián architekta F. A. Grimma, který je považován za jednoho z tvůrců klasicizujícího baroka na Moravě. Zálibou Karla Maxmiliána byla botanika. Vydával velké sumy na zušlechtění zahrad na svých panstvích, zejména v Židlochovicích, kde vznikla jedna z nejkrásnějších zahrad té doby na Moravě.
Roku 1754 byla z jeho popudu dostavěna silnice z Brna do Vídně, vedoucí přes Mikulov, která městu přinesla další rozvoj obchodu. Stavební činnost Karla Maxmiliána i jeho mladšího bratra hraběte Jana Leopolda na Moravě podrobně mapuje prof. Jiří Kroupa.

Roku 1769 dědil Karel Maxmilián po svém příbuzném, posledním hraběti Pruskovském, jméno, erb a rodové statky Pruskov a Chřelice ve Slezsku. Zděděný majetek spolu se severomoravským rodovým panstvím předal ještě téhož roku do správy svého nejstaršího syna Jana Karla. Správu zbývajících rodových panství předal svému synovi pro nemoc a únavu ještě za svého života – koncem roku 1781.
14. 9. 1784 vypukl v Mikulově požár, kterému padlo za oběť více než 250 domů, celá severovýchodní část náměstí s kapucínským klášterem a loretánským kostelem. Při požáru vzala za své i část loretánského pokladu, schraňovaného a rozmnožovaného po několik staletí. Zpráva o požáru a rozsahu škod zdrtila starého knížete Karla Maxmiliána natolik, že měsíc nato v Mikulově ve věku 82 let zemřel. Byl pohřben do hrobky kostela sv. Anny.
Smrt knížete Karla Maxmiliána znamenala pro Mikulov velkou ztrátu. Žádný z dalších vládnoucích knížat už si město tolik neoblíbil. Nový kníže Jan Karel i s knížecím dvorem přesídlil do Vídně a další potomci rodu sídlili v Mikulově již jen krátkodobě.

Otce přežily z jedenácti dětí pouze tři – dcera Marie Josefa, provdaná za Arnošta Harracha, nejstarší syn Jan Karel, který se stal dědicem rodového majetku, a mladší syn František Karel, který zdědil po svém strýci Janu Leopoldovi boskovickou sekundogenituru.

Zdroje: Kroupa, Jiří. Mikulovské a evropské kořeny josefinismu (příspěvek ke studijnímu programu moravských Ditrichštejnů). In: Studie Kroměřížska ´79. Kroměříž 1979. S. 59–69.