1971年7月21日イギリス、ロンドン生まれ。
天才アーティスト（映画監督＆ミュージシャン）の故セルジュ・ゲンズブールと人気女優ジェーン・バーキンとの間に生まれた生粋のサラブレット女優。両親の影響もあり、1984年、13歳の時に「残火」で映画デビュー。それを見たジェーンの現在の夫であり映画監督のジャック・ドワイヨンによって「イザベルの誘惑」に出演。85年、「なまいきシャルロット」で初のヒロインを飾り、“シャルロット旋風”を巻き起こし、セザール賞の有望若手女優賞を受賞。以降出演作が続き、大女優への道を着実に歩み始める。
97年には「愛を止めないで」で共演したイヴァン・アタルとの間に男の子を出産。
これまでにアカデミー賞にノミネートされたアレハンドロ・ゴンサレス・イニャリトゥ監督の「21グラム」や「ザ・サイエンス・オブ・スリープ」（ミシェル・ゴンドリー監督）等に出演。

歌手としても、同じく13歳の時にセルジュのアルバム『Love on the Beat』（84年）に収められた父とのデュエット曲「レモン・インセスト」が初作品。父娘で「愛してる」と囁きあう近親相姦スレスレのデュエットは当時,物議を醸し出した。
続いて86年には、父親のセルジュ全面バックアップのもと初のソロ・アルバム『シャルロット・フォーエヴァー』を発表。これは父セルジュが監督し父娘共演を果たした主演同名映画のサントラ的作品でもあり、映画同様にまたまた近親相姦的なデュエットがセンセーションを巻き起こした。その後、この作品にデビュー曲「レモン・インセスト」を加え、1991年にアルバム『魅少女シャルロット』としてリニューアル・リリースされている。これ以降は歌手としての活動を長期にわたり封印。
06年に20年ぶりとなるアルバム『5：55』をリリース。
3年を経て2009年、ベック・プロデュース&全曲書下ろしによる『IRM』をリリース。