Charlotte Gainsbourg est née dans un hôpital londonien. Elle est la fille de Jane_Birkin et de Serge_Gainsbourg (et la filleule de Yul Brynner). On peut franchement rêver pire comme parents... Elevée dans un milieu éminemment artistique, donc, elle enregistre très jeune un album de chansons sous la férule de son père ("Charlotte for ever") et se passionne pour le piano, Chopin, voudrait faire les Beaux-Arts, les commence puis abandonne ... Mais le cinéma l'avait rattrapée depuis longtemps. Dès ses 12 ans, en fait, âge auquel elle incarne la fille de Catherine Deneuve dans Paroles et musique. Un petit rôle, et c'est L'effrontée qui la révèlera, en 1985, dans le rôle d'une adolescente en pleine crise existentielle.
elle est la compagne depuis 1991 de Yvan_Attal , lui-même comédien et réalisateur. Ils ont ensemble trois enfants : Ben_Attal , Alice (née en 2002) et Jo (née en 2011).