Родилась 22 июля 1971 года в Лондоне. Дочь Сержа Генсбура и Джейн Биркин.
Судя по всему, "звёздность" родителей и не совсем обычный образ их жизни наложили на детскую психику не вполне благоприятный отпечаток - Шарлотта была замкнутой и нелюдимой, а в возрасте 11 лет сама попросилась провести некоторое время в закрытом пансионе в Швейцарии. Она явно не собиралась стать актрисой, решив выучиться на историка искусств, однако уже через два года кино и известность её настигают - вместе с отцом она записывает одну из самых скандальных французских песен Lemon Incest и снимается в фильме Эли Шураки "Слова и музыка". Следующий год отмечен ролями в фильме тогдашнего спутника матери Жака Дуайона "Искушение Изабель" и "Бесстыднице" Клода Миллера, после чего отец специально для дочери пишет сценарий "Шарлотта форевер", причем грандиозный скандал после выхода картины на экран одинаково радует их обоих. Характерно, что в первых картинах всех персонажей актрисы зовут исключительно Шарлоттами, а все ее ранние героини - угловатые ранимые подростки, обижаемые неумолимой реальностью. После первого Сезара за "надежду" ("Бесстыдница, 1985) Клод Миллер решает, что наконец-то нашлась актриса для "Маленькой воровки" - этот сценарий был написан мэтром Франсуа Трюффо чуть ли не одновременно с "400 ударами", но, по легенде, не стал фильмом лишь из-за отсутствия достойной исполнительницы. В ближайшие годы последует несколько заметных ролей в фильмах Аньес Варда, Бертрана Блие и Жака Дуайона, вплоть до фильма Эрика Рошана "На глазах у всех" - на съёмках Шарлотта познакомилась с актером Иваном Атталем, который стал её спутником жизни. Тогда же, в начале 90-х, актриса явно вырастет из амплуа "замученного подростка" и долгое время не сможет найти нового экранного образа - она будет продолжать сниматься, однако ни одной выдающейся роли до конца десятилетия не сыграет. Попытки же найти себя в театре тоже не увенчались успехом, несмотря на громкие имена постановщиков. Лишь на пороге 30-летия и во многом благодаря успешному приходу в режиссуру Атталя она вновь становится заметной. Помимо ряда удачных французских работ она довольно неожиданно появилась в безумном и нетипичном голливудском фильме мексиканца Алехандро Гонсалеса Иньярриту "21 грамм", что, как утверждается, может стать началом по-настоящему успешной международной карьеры. Шарлотта долго не решалась исполнить свою мечту - записать альбом собственных песен, это была территория отца... А какие ей делали предложения- одно краше другого. Как-то позвонила сама Мадонна и лично просила написать вступление к одной из ее композиций. После выхода альбома Шарлотты "5:55" поклонницей молодой певицы стала даже ее тезка, знаменитая Шарлотта Рэмплинг, партнерша по фильму "Лемминг".
роли в кино 2014 Три сердца | Three hearts | Trois coeurs (Франция) :: Сильви :: главная роль 2014 Самба | Samba (Франция) :: Алиса 2014 Пойми меня, если сможешь | Incompresa | L'Incomprise (Италия, Франция) :: мать 2014 Джек в царстве женщин | Jacky in Women's Kingdom | Jacky au royaume des filles (Франция) 2013 Нимфоманка: Часть 2 | Nymphomaniac: Volume II (Дания, Бельгия, Франция, Германия, Великобритания) :: Джо :: главная роль 2013 Нимфоманка: Часть 1 | Nymphomaniac (Дания, Германия, Франция, Бельгия, Великобритания) :: Джо :: главная роль 2012 Не входить, мы не одеты | Do Not Disturb (Франция) 2011 Меланхолия | Melancholia (Германия, Дания, Франция, Швеция) :: Клер :: главная роль 2010 Дерево | Tree, The | Arbre, L' (Австралия, Германия, Италия, Франция) :: Дон О'Нейл 2009 Преследование | Persécution (Германия, Франция) :: Соня :: главная роль 2009 Город финального назначения | The City of Your Final Destination (Великобритания) 2009 Антихрист | Antichrist (Германия, Дания, Швеция, Франция, Италия, Польша) :: Она 2007 Меня здесь нет | I'm Not There (США, Германия) :: Клэр 2006 Новый свет | Golden Door | Nuovomondo (Италия) :: Люси Рид :: главная роль 2006 Наука сна | Science of Sleep, The | Science des rêves, La (Италия, Франция) :: Стефани :: главная роль 2006 Как жениться и остаться холостым | Rent a Wife | Prête-moi ta main (Франция) :: Эмма 2005 Один уходит, другой остается | Un reste, l'autre part, L' (Франция) :: Джудит 2005 Лемминг | Lemming (Франция) :: Бенедикт 2004 Они поженились, и у них было много детей | Ils se marièrent et eurent beaucoup d'enfants (Франция) 2003 21 грамм | 21 Grams (США) :: Мэри 2001 Феликс и Лола | Félix et Lola (Франция) :: Лола :: главная роль 2001 Моя жена - актриса | Ma femme est une actrice (Франция) :: Шарлотта :: главная роль 2000 Отверженные | Misérables, Les (Франция, Италия, Испания, Германия) :: Фантина 2000 Нюрнберг | Nuremberg (Канада, США) 1999 Рождественский пирог | La Bûche (Франция) 1999 Нарушительница | Intruder, The (Великобритания, Канада) 1996 Любовь плюс... | Love, etc. (Франция) :: Мари 1996 Джейн Эйр | Jane Eyre (Франция, Италия, Великобритания) :: Джейн Эйр :: главная роль 1996 Анна Оз | Anna Oz (Франция) 1994 Коварство славы | Grosse fatigue (Франция) 1994 Большая усталость | Dead Tired (Франция) 1993 Цементный сад | Cement Garden, The (Великобритания, Германия, Франция) :: Жюли :: главная роль 1992 Влюбленная | Amoureuse (Франция) 1991 У всех на виду | In the Eyes of the World | Aux yeux du monde (Франция) :: Жюльетта Мангин 1991 Спасибо, жизнь | Thank You, Life | Merci la vie (Франция) 1991 Против забвения | Contre l'oubli (Франция) 1990 Отшельник | Sun Also Shines at Night, The | Sole anche di notte, Il (Италия, Франция, Германия) 1988 Мастер кунг-фу | Kung-fu master! (Франция) :: Люси 1988 Маленькая воровка | La Petite voleuse (Франция) 1986 Шарлотта навсегда | Charlotte for Ever (Франция) 1985 Дерзкая девчонка | Effrontée, L' (Франция) 1984 Слова и музыка | Love Songs | Paroles et musique (Франция, Канада)
озвучивание 2002 Чудесная одиссея одного идиота | La Merveilleuse odyssée de l'idiot Toboggan (Франция)