Отец Шарлоты – Годфри Рэмплинг, британский офицер.
Шарлотта получила образование во Франции и Англии. В одно время она работала моделью, однако вскоре поступила в Лондонскую актёрскую школу «Роял корт» и бросила модельное дело. Дебютом Шарлоты стала эпизодическая роль в фильме Ричарда Лестера «Сноровка». Год спустя актриса получила роль в комедии «Девушка Джоржи». Эта роль стала звёздной для актрисы и принесла ей большую славу в Великобритании. В период с 1960-х до середины 1970-х годов Рэмплинг снималась в итальянских фильмах. Среди них – скандально нашумевшая картина «Ночной портье», в котором Шарлотта исполнила роль Лилианы Кавани. В фильме была показана садомазохистская связь между бывшим охранником и заключенным концлагеря. Этот фильм вызвал много дебатов и поэтому с этим был запрещён к показу в Италии.
Вскоре актрису заметили такие режиссёры, как Вуди Ален и Алан Паркер. В 1980 году Шарлотта получила главную роль в фильме Вуди Алена «Воспоминания о “Звездной пыли”». В середине 1970-х годов Ремплинг переехала во Францию. В 1978 году она вышла замуж за Жана-Мишеля Жарра, однако в 1996 году брак распался.
В 1980-е актриса работала в Европе, снималась в фильме «Макс, моя любовь». В 2000 году Шарлотта сыграла в картине «Под песком» Франсуа Озона. В конце 2000 года Шарлотта Рэмплинг была награждена Орденом Британской империи.
В 2002 году она выпустила свой музыкальный альбом «Сomme une femme» на французском и английском языках. В 2003 году Рэмплинг получила роль в фильме Франсуа Озона «Бассейн». В этом же году она вернулась в театр. А в 2006 году Шарлотта Рэмплинг возглавила жюри 56-го Международного кинофестиваля в Берлине. Актриса и по сей день продолжает активно сниматься в кино. Среди последних её ролей – Жаклин («Жизнь в военные времена»), Хелена («Уличные танцы 3D»), Мисс Эмили («Не отпускай меня»).
