Muižas ēkas celtas 18-19.gs. Netālu no muižas centra atrodamas Koskull dzimtas kapenes. 1755. gada vasarā Cēsu pilsmuižu nopirka baronu Volfu (Wolff) ģimenes locekļi. Jādomā, pēc viņu iniciatīvas arī tika izveidota atsevišķa saimnieciska vienība – Cēsu pilsmuižai piederoša pusmuiža – Kārļi (Karlsruhe arī Karlshof). 18. gadsimta pēdējā ceturksnī (1777. gadā Cēsu pilsmuižu kopā ar Kārļa pusmuižu nopirka majors Karls Eberhards fon Zīvers ) šeit jau bija izveidots sava laika prasībām atbilstošs barokāls muižas centra ēku ansamblis, kura plānojums redzams zvērināta mērnieka T. J. Cīgenhirta (Ziegenhirt) 1796. gadā zīmētajā kartē. Ap muižas centru – pārvaldnieka māja, zirgu stallis, kalpu māja – tag., viesu nams “Kārļamuiža”, smēde, dzīvojamās, saimniecības ēkas, vecā kroga ēka u.c. Lejā pie Amatas, bijušās muižas ūdensdzirnavas, tagad zivjaudzētava „Kārļi” un dārznieka māja – “Dārzlejas”.
Līdz mūsdienām ir saglabājušās daudzas muižas ēkas, izņemot pašu pili.: centrā, uz galvenās ass, pretim iebraucamajam ceļam novietota kungu māja. Viena tās garenfasāde vērsta pret parādes pagalmu, kuru norobežo četras celtnes. Pagalma centrā paliels rondelis. Kungu mājas otra garenfasāde vērsta pret parku (izpriecu dārzu – „Lustgarten”): ēkas priekšā piebraucamā ceļa ieskauts rondelis, koku stādījumi un mākslīgi veidota dīķu sistēma.
Ainavu parks un pirmā dārzkopības skola Baltijā. 19. gadsimtā Kārļu apkārtne strauji attīstījās, muižas centrs papildinājās ar jaunām dzīvojamām un saimnieciska rakstura celtnēm. Atbilstoši sava laika modes prasībām, tika izveidots brīva plānojuma ainavu parks, kas aptver vairākus labiekārtotus meža nogabalus līdz pat Amatai. Salīdzinoši lielas platības izmantoja augļu un sakņu dārziem. Kārļamuižai piederēja arī Bellevue un Cecīļu pusmuiža. 1871. gadā, piemērojot krogus ēku, Kārļos izveidoja dārznieku meistaru skolu. 1890.gadā to apstiprināja par divgadīgo dārzniecības skolu, un tās beidzēji saņēma dārzkopības meistara nosaukumu. Skolai piešķīra dotācijas no valsts kases, tā bija pirmā dārzkopības skola visā Baltijā. Šeit par daiļdārznieku 19.gs. 90.gados mācījās arī latviešu gleznotājs R. Pērle (1875– 1917). Zīmīgi, ka 1877. gadā Kārļamuižā izveidots viens no pirmajiem un lielākajiem pomoloģiskajiem dārziem Baltijā. Iekopa ap 60 pūrvietu lielu stādu audzētavu eksporta vajadzībām (augļu koki, ogu krūmi, parku aleju koki, košumkrūmi, rozes u.c.). Katru gadu šeit arēja izaudzēt ap 30 000 stādu, par produkciju vēstīja ikgadējie, augusta mēnesī iespiestie katalogi. Skaistā apkārtne ar krāšņajiem Amatas krastiem jau no 18.gs. beigām ir kļuvusi par iemīļotu apmeklējuma vietu ceļotājiem. Atbilstoši sava laika modes prasībām 19.gs., Kārļumuižā tika izveidots brīva plānojuma muižas ainavu parks, kas aptvēra vairākus labiekārtotus meža nogabalus no Kārļumuižas centra līdz pat Amatai.
Ainavu parks iekļauj senlejas lielākos devona perioda iežu atsegumus un kraujas. Mūsdienās saglabājusies daļa no parka dendroloģiskajiem stādījumiem un takām. Ir iepējams izstaigāt vecā parka takas, kā arī aplūkot iespaidīgas kraujas un iežu atsegumus gar Amatu.
Platība – 2 ha, tai skaitā dīķis. Nekādas plānojuma īpatnības nav konstatētas. Gar galveno ceļu un dzīvojamajām ēkām aug atsevišķi koki vai koku un krūmu grupas, 30. gadu un pēckara perioda dekoratīvo krumu un koku kokskolas atliekas. Parkā stādītas vietējās un svešzemju sugas. Jāizceļ Šneidera vilkābele (diametrs krūšu augstumā 32 cm un augstums 7 m) lielākais eksemplārs Latvijā.
