Karol V Leopold Lotaryński (niem. Karl V. Leopold (Lothringen), fr. Charles V Léopold de Lorraine) (ur. 3 kwietnia 1643 w Wiedniu, zm. 18 kwietnia 1690 w Wels) – książę Lotaryngii w latach 1675–1690, syn Mikołaja Franciszka Lotaryńskiego i Klaudii Lotaryńskiej, przedstawiciel dynastii z Vaudémont.
Życiorys Karol urodził się 3 kwietnia 1643 roku w Wiedniu jako drugi syn Mikołaja, młodszego brata Karola IV, księcia Lotaryngii, i jego żony Klaudi Franciszki Lotaryńskiej. W 1634 roku jego ojciec zastąpił wuja na stanowisku księcia; wkrótce potem Francja zajęła księstwo Lotaryngii, a Mikołaj udał się na wygnanie, rezygnując z tronu na rzecz starszego brata. Francuzi wycofali się w 1661 roku, ale ponownie najechali je w 1670 roku i powrócili dopiero w 1697 roku.
Karol został dziedzicem księstwa po śmierci swojego starszego brata Ferdynanda Filipa (1639–1659). W 1678 roku poślubił Eleonorę Habsburżankę, wdowę po królu polskim Michale Korybucie Wiśniowieckim. Dwukrotnie kandydował na króla Polski, lecz bez powodzenia.
Mieli czworo dzieci, które przeżyły niemowlęctwo;