Charlotte Gainsbourg 1971 yılında Londra, İngiltere'de doğdu. İngiliz-Fransız oyuncu ve şarkıcıdır. İngiliz şarkıcı ve oyuncu Jane Birkin ile Fransız söz yazarı, şarkıcı ve oyuncu Serge Gainsbourg'un kızı olan Charlotte, Paris'te büyümüştür. Charlotte ilk sinema filmini 1984 yılında çekti. Charlotte 1986 yılında "En Umut Veren Kadın Oyuncu" dalında César Ödülü kazandı ve 2000 yılında La bûche (1999) filmiyle "En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu" ödülünü kazandı. 1993 yılında Charlotte, amcası Andrew Birkin'in yazıp yönettiği The Cement Garden (1993) filmiyle ilk İngilizce konuşmasını yaptı. Sahneye ilk çıkışını 1994 yılında Théâtre de la Gaîté-Montparnasse'da David Mamet'in Oleanna'sında yaptı. Charlotte 1996 yılında, Charlotte Brontë'nin 1847 tarihli romanından sinemaya uyarlanan Jane Eyre (1996) adlı filmde başrolde oynadı. Charlotte 2006 yılında Michel Gondry'nin Rüya bilmecesi (2006) filminde Gael García Bernal ile birlikte rol aldı. 2007 yılında Todd Haynes'in yönettiği Bob Dylan biyografisi Beni Orada Arama'da (2007) Claire rolüyle yer aldı. Dylan'ın "Just Like a Woman" şarkısını film müziğine coverladı. 2009 yılında Deccal (2009) filmiyle 2009 Cannes Film Festivali'nde En İyi Kadın Oyuncu ödülünü kazandı. Charlotte, 2010 yılında gösterime giren Fransız/Avustralya yapımı Ağaç (2010) ve Lars von Trier'in bilim kurgu felaket filmi Melankoli'de (2011) rol aldı.