Шарлотта родилась 21 апреля 1816 года в Западном Йоркшире и была третьим ребёнком в семье ирландского священнослужителя англиканской церкви Патрика Бронте и его жены Марии, в девичестве Брэнвелл. В 1820 семья переехала в Хауорт, где Патрик был назначен на должность викария. Госпожа Бронте скончалась от рака 15 сентября 1821 года, оставив пять дочерей и сына на воспитание своей сестре Элизабет Брэнвелл.

В августе 1824 года, Шарлотта с сестрами Эмили, Марией и Элизабет были отправлены в Женскую духовную школу, в Кован-Бридж (которая была яркими красками описана Шарлоттой в романе «Джейн Эйр»). Эта школа находилась недалеко от их селения Хауорт. Плохие условия школы подорвали и без того слабое здоровье Шарлотт и ускорили смерть двух её старших сестёр Марии (1814) и Элизабет(1815). Сестры Шарлотты умерли от туберкулеза вскоре после, того как отец забрал их из школы в июне 1825 года.

Дома в Хауортском Пасторате Шарлотта и другие оставшиеся в живых дети : Брэнвелл, Эмили и Энн, принялись за написание хроники жизней и борьбы жителей их воображаемых королевств. Шарлотта и Брэнвелл писали байронические истории о стране Энгрии, а Эмили и Энн писали статьи и стихи о Гондале. Их сложные и замысловатые саги, корнями уходящие в детство и раннюю юность писательниц, определили их литературное призвание.

Шарлотта продолжила свое образование в Роу Хэд, Mирфилд (1831-1832), где она встретила Эллен Насси и Мэри Тэйлор, с которыми подружилась и в дальнейшем переписывалась. В этот период она написала новеллу «Зеленый Карлик» (1833) под псевдонимом Веллесли (Wellesley). Получив педагогическое образование, Шарлотта до 1841 года работала гувернанткой во многих семьях Йоркшира. В 1842 Шарлотта и Эмили едут в Брюссель, чтобы поступить на работу в школу-интернат, управляемую Константином Эжером (1809 – 1896) и его женой Клэр Зое Эжер (1814 – 1891). В обмен на питание и обучение, Шарлотта преподавала английский язык, а Эмили - музыку. Пребывание сестер в пансионе закончилось в октябре 1842 года, когда умерла их тётя, Элизабет Брэнвелл, которая заботилась о девочках после смерти их матери.

В январе 1843, Шарлотта вернулась в Брюссель, чтобы стать учителем в школе-интернате. Однако теперь время ее пребывания в школе не было счастливым: Шарлотта была одинока, тосковала по дому и была глубоко привязана к Константину Эжеру. Наконец в январе 1844 года она возвращается в Хауорт, и впоследствии использует полученный в интернате опыт для написания романов «Учитель» и «Виллетт».

В мае 1846 года Шарлотта, Эмили и Энн опубликовали совместный поэтический сборник под псевдонимами Каррер, Эллис и Эктон Белл. Несмотря на то, что было продано только два экземпляра сборника, сестры продолжали писать и печататься и принялись за написание своих первых романов. Свои первые два романа Шарлотта опубликовала под псевдонимом Каррер Белл. Критики считали романы Шарлотты произведениями низкого сорта. Они много спекулировали относительно личности и пола Каррер Белл.

Брат Шарлотты и единственный сын в семье Брэнвелл скончался в сентябре 1848 года от хронического бронхита и маразма. Тяжелое состояние брата усугубило пьянство, хотя Шарлотта считала, что он умер от туберкулеза. Подозревали также, что Брэнвелл «сидел на опиуме». Эмили и Энн скончались от туберкулеза легких в декабре 1848 и мае 1849 года соответственно.

Теперь Шарлотта и ее отец остались одни. Ввиду огромного успеха «Джен Эйр» Шарлоттин издатель случайно убедил ее приехать в Лондон, где она раскрыла свое настоящее лицо и начала вращаться в более высоком социальном кругу. Она сблизилась с Аррие Мартино, Элизабет Гаскэлл, Уильямом Мэйкписом Теккерей и Г. Х. Льюис. Книга Бронте породила феминистское движение в литературе. Главная героиня романа, Джейн Эйр, - такая же сильная женщина, как и автор. Тем не менее Шарлотта никогда не покидала Хауорт более чем на несколько недель, так как не хотела покидать своего стареющего отца.

В июне 1854 года Шарлотта вышла замуж за Артура Белла Николлса, викария ее отца, и вскоре забеременела. Тогда ее здоровье резко пошатнулось, и, по словам ее раннего биографа Э. Гаскелл, она ощущала «постоянные приступы тошноты и часто падала в обморок». Шарлотта умерла 31 марта 1855 года в возрасте 38 лет вместе со своим неродившимся сыном. В свидетельстве о ее смерти причиной значился туберкулез, однако, как предполагают многие биографы Шарлотты, она могла умереть от обезвоживания и истощения, вызванных периодической утренней рвотой, а также от гиперемезиса беременных. Можно также предположить, что Шарлотта скончалась от тифа, которым ее могла заразить старая служанка Табита Экройд, которая скончалась вскоре после смерти Шарлотты. Бронте была похоронена в фамильном склепе в Церкви Св. Михаила, расположенной в Хауорте, Западный Йоркшир, Англия.

Посмертная биография Шарлотты Бронте, написанная Э. Гаскелл, - «Жизнь Шарлотты Бронте» - была опубликована первой среди многочисленных биографий писательницы. Местами откровенная, Гаскелл умолчала о деталях Шарлоттиной любви к женатому Эжеру, так как это могло нанести оскорбление современной морали и ранить еще живых друзей, отца и мужа писательницы (Лэйн, 1853, 178-183). Гаскелл также дала сомнительную и недостоверную информацию о Патрике Бронте, заявив, например, что он не позволял своим детям есть мясо. Это было опровержено в одном из дневников Эмили Бронте, где, как указывает в своей недавней биографии «Сестры Бронте» Джульет Баркер, она описывает приготовление картофеля с мясом на обед в доме приходского священника. Выяснилось, что Шарлотта написала 20 рукописных страниц книги, однако умерла, так и не закончив произведения. Клэр Бойлен закончила книгу в 2007 году, назвав ее «Эмма Браун: Роман из незавершенной рукописи Шарлотты Бронте».