Charlie Thomas Cox, Londra, İngiltere'de Patricia C. A. (Harley) ve yayıncı Andrew Frederick Seaforth Cox'un çocuğu olarak dünyaya geldi. O var İngiliz, İskoç ve İrlandalı soyundan gelmektedir ve birkaç önemli atadan (Agnew ve Carnegie Baronetleri, bir Earl of Findlater ve New York Koloni Valisi Andrew Elliot).Cox, Dorset'teki Sherborne School'da eğitim gördü ve Dealer's Choice / Patrick Marber (Mugsy) The Writing Game (Leo) Code Crackers / Andy Wilkinson (Weasel) Confusions / Alan Aykbourne (Martin & Arthur) Henry V (Nym & John Bates) filmlerinde rol aldı. Sherborne School'dan Gerald Pitman Oyunculuk Ödülü'nü aldı. Ayrıca Judge John Deed (2001) filminde Genç Papaz rolüyle yer aldı.30'undan Önce Yapmanız Gerekenler (2005) (eski adıyla You Don't Have To Say You Love Me) filminde Dougray Scott ile, Venedik taciri (2004) filminde Al Pacino ile ve Sundance Film Festivali'nde övgüler alan Dot the I (2003) (diğer adıyla Obsession) filminde Gael García Bernal ile birlikte rol aldı.