Fransız aktris, şarkıcı. Ağırlıklı olarak Fransız filmlerinde rol almasına rağmen 21 Grams, The Science of Sleep ve I'm Not There gibi uluslararası arenada büyük başarı kazanan yapımlarda da performans sergileyen Gainsbourg, müzisyen olarak da adından övgüyle söz ettiren albümlere imza atmıştır.

22 Temmuz 1971'de Londra, İngiltere'de dünyaya geldi. İngiliz aktris, yönetmen ve şarkıcı Jane Birkin'le Fransız müzisyen/aktör Serge Gainsbourg'un kızı olan Charlotte, ayrıca aktris Judy Campbell'ın ve The Cement Garden'ın senaristi Andrew Birkin'in de torunuydu. Sanatçılarla dolu bir aileden geliyor olmanın tüm olumlu etkileri Gainsbourg'da küçük yaşlarda kendini göstermeye başladı. Sinema dünyasındaki ilk performansı 1984 yılında Catherine Deneuve'un kızı rolünde izleyici karşısına çıktığı Paroles et musique isimli filmle oldu. Müzikle de yakından ilgilenen sanatçı babasının bestesi olan Lemon Incest'te vokal yaptı. Hemen ardından kamera karşısına geçtiği 1986 yapımı L'effrontée isimli filmdeki performansıyla ümit vaat eden genç oyuncu dalında Cesar ödülünün sahibi oldu. Sırasıyla Kung-Fu master, Petite voleuse, Aux yeux du monde, La Amoureuse, Sole anche di notte, Merci la vie gibi yapımlarda rol aldıktan sonra büyükbabası Andrew Birkin'in senaristliğini yaptığı The Cement Garden isimli filmde Julie karakterini canlandırdı.

1999 senesinde La Buche filmindeki oyunculuğuyla göz dolduran Gainsbourg, bu performansıyla en iyi yardımcı kadın dalında Cesar ödülü kazandı. Sinema kariyeri için oldukça önemli olan bu ödülle birlikte oyuncu film çalışmalarına hız verdi. Sanatçının Fransız yönetmen Yvan Attal'la olan birlikteliğinden 1997 yılında oğlu Ben, 2002'de ise kızı Alice dünyaya geldi.

Uzun süre oyunculuğa devam eden Gainsbourg, 25’ten fazla filmde rol aldıktan ve başarısını ödüllerle tescillendirdikten sonra yeniden müzik çalışmaları yapmaya başladı. Başrolünü oynadığı 3 filmin soundtrack albümündeki şarkıları seslendiren oyuncu, babasının yazdığı şarkılardan oluşan “Charlotte for Ever” isimli ilk albümünü müzikseverlerle buluşturmuştu ve ikinci albümü çıkartana kadar araya 20 yıllık uzun bir sinema kariyeri girecekti. Bu arada tüm dünyada büyük ses getiren Alejandro González Iñárritu'nun ikinci filmi 21 Grams'da rol aldı ve ağırlıklı olarak Fransız filmlerinde görülen oyuncu için bu film önemli bir çıkış noktası oldu.

2004 yılında Fransız müzisyen Etienne Daho’yla “If” parçasında düet yapan şarkıcının ikinci stüdyo albümü “5:55”, 2006’da müzik marketlerdeki yerini aldı. Sanatçı bu albümde Fransız ikili Air, İngiliz müzisyen Jarvis Cocker, İrlandalı Neil Hannon ve Radiohead’in prodüktörü Nigel Godrich gibi oldukça önemli isimlerle birlikte çalıştı. "The Songs That We Sing" ve "5:55" single’ları özellikle Fransa’da olmak üzere tüm Avrupa'da büyük ses getirdi. "The Songs That We Sing" isimli şarkı ise Rolling Stone’un 2007’nin en iyi 100 şarkısı sıralamasında 78. sırada yer aldı.

2006'da Michel Gondry'nin yönetmenliğini yaptığı The Science of Sleep filminde rol aldıktan sonra Gainsbourg son olarak Bob Dylan'ın hayatının anlatıldığı otobiyografik yapım I'm Not There filminde rol aldı ve soundtrackte yer alan Dylan klasiği Just Like a Woman'ı seslendirdi.