A Nyugat-Yorkshire-ben fekvő Thornton nevű falucskában született 1816. április 21-én. Apja, Patrick Brontë (eredetileg Brunty) anglikán lelkész volt, aki több egyházkerületben is szolgált, míg végül feleségével és hat gyermekével Haworth-ben telepedett le. A négy idősebb lány, köztük Charlotte is kezdetben a Cowan Bridge-i Lelkészlányok Iskolájába jártak, itt szerzett nem túl kedvező tapasztalataikat Charlotte később a Jane Eyre-ben írta meg. A két legidősebb nővér, Maria és Elizabeth, valamint édesanyjuk halála után Charlotte és Emily visszakerültek Haworth-be, ahol nagynénjük segédkezett a nevelésükben.
Ekkor született az a szokásuk, hogy műveiket igen apró betűkkel írták, részint takarékosságból, meg azért is, hogy a felnőttek ne olvashassák el őket.
1831-ben Charlotte-ot egy Roe Head-i iskolába küldték tanulni, innen azonban egy év múlva hazatért, hogy húgait tanítsa. 1835-ben ismét Roe Headbe ment, immár tanárnak, mivel keresetére nagy szüksége volt a családnak. Néhány év után inkább nevelőnői állást vállalt, hogy igen tehetséges, ám az alkohol és az ópium rabságában vergődő bátyja, Branwell adósságait ki tudja fizetni.
Charlotte és Emily saját iskolát akartak nyitni, ezért tapasztalatszerzés és nyelvtanulás céljával 1842-ben Brüsszelbe mentek, az Héger-internátusba. Nagynénjük halála miatt hamarosan haza kellett utazniuk, ám 1843 elején Charlotte visszatért az intézetbe diáktanárnak. Ekkor azonban már egészen másfajta tapasztalatokra vágyott, mivel beleszeretett az igazgatóba, akinek féltékeny felesége nem nézte jó szemmel a bimbózó románcot. Charlotte hazatérése után több levelet is írt Héger-nek, ám a férfi tapintatosan visszautasította közeledését.
1844-ben megpróbálkozott az oly régóta álmodott iskola megnyitásával, ám a távoli Haworth egyetlen diákot sem vonzott. 1845-ben Charlotte rábukkant Emily néhány versére, s ez vezetett a három nővér közös verseskötetének kiadásához Currer, Ellis és Acton Bell versei címmel. A három álnév egyrészt a diszkréciót segítette, másrészt a kritikusok nőkkel szembeni elfogultságát volt hivatott kiküszöbölni. A saját költségükön kiadott könyv csekély visszhangra talált, mindösszesen két darab kelt el belőle.
Nem sokkal később Charlotte Az angoltanár című regényét azzal utasította vissza a kiadó, hogy valami cselekménydúsabb és izgalmasabb művet szeretnének látni. Charlotte ekkor gyorsan befejezte a Jane Eyre-t, és benyújtotta a kiadónak.
Az önéletrajzi ihletésű mű későbbi munkáihoz képest hatalmas sikert aratott: nem igazán témájával, nem is a talán túlzottan elnagyolt társadalomábrázolásával, nem is a már-már melodramatikus történetével hatott igazán, hanem azzal, hogy elbeszélésmódjával személyessé s ezáltal hihetővé tudta tenni a történetet.
A romantikus regényből tucatnyi filmváltozat született, 1996-ban Franco Zeffirelli rendezett filmet Charlotte Gainsbourg és William Hurt főszereplésével, a 2011-es filmváltozatban Mia Wasikowska és Michael Fassbender voltak a főszereplők.
A sikerek után sötét időszak következett: 1848 szeptemberében bátyja, decemberben Emily, 1849 májusában pedig Anne is meghalt. Charlotte befejezte Shirley című regényét, majd Londonba utazott. Itt megismerkedett Thackeray-vel és későbbi életrajzírójával, Elizabeth Gaskell-lel, s modellt ült portréjához George Richmondnak. Közben rövidebb-hosszabb időszakokra hazatért, s megírta Villette című regényét, amely 1853-ban jelent meg. A következő évben, a sokadik vőlegényjelölt jelentkezése után rászánta magát a családalapításra, s igent mondott apja káplánja, Arthur Bell Nicholls házassági ajánlatára. 1854 júniusában összeházasodtak, s végleg Haworth-ben telepedtek le. Férje ugyan kevésbé volt intellektuális érdeklődésű, de
Szűk témakörben mozgó író volt, ám kiváló mesemondó, művei magukon viselik az alkotó képzelet, az igazi szenvedély jegyeit. Művészetének értékelése is koronként változó, hol őt, hol Emilyt értékelték többre a hivatásos ítészek, akiknek véleménye nem mindig esik egybe az olvasókéval. A három Brontë nővér életének és munkásságának tanulmányozására 1895-ben jött létre a Brontë Társaság, amely mind a mai napig vezeti a haworth-i paplakban berendezett múzeumot is, ahol 2010 óta minden év szeptemberében megrendezik a nőírók fesztiválját. 2022-ben került elő Charlotte Brontë tizenhárom évesen írt tizenöt oldalas, miniatűr verseskötete, amely tíz, soha nem publikált költeményét tartalmazza.
