Hija de la pintora Isabel Anne Gurteen y de Godfrey Rampling, un militar que fue medallista de oro olímpico, Tessa Charlotte Rampling nació en Sturmer, condado de Essex, inglaterra el 5 de febrero de 1945. Tuvo una hermana, Sarah, que se suicidó en 1966 con 23 años. Siendo una niña se mudó con su padre a Francia y regresó a Inglaterra para acabar su etapa escolar que hizo entre la Académie Jeanne d’Arc, en Versalles (Francia), y a la St. Hilda’s School, un internado en Bushey, Hertfordshire (Inglaterra).
Charlotte Rampling dio comienzo a su carrera profesional a los 17 años haciendo un spot publicitario y también como modelo. Su primera aparición en la pantalla fue sin acreditar como una esquiadora acuática en la película de Richard Lester «El Knack… y cómo conseguirlo» (1965), que fue seguida un año después con el papel de Meredith en la película «Georgy Girl». En 1967 interpretó a Hana Wilde en «The Superlative Seven», un episodio de la serie de la televisión británica «Los Vengadores».
Charlotte Rampling ha desarrollado gran parte de su vida profesional fuera de su país trabajando con algunos de los mejores directores del siglo XX. En 1968 participó en el largometraje de Luchino Visconti «La caída de los dioses», que le dio gran popularidad, que se acrecentó con «Portero de noche» (1974), de la italiana Liliana Cavani, donde interpretaba a una mujer que mantiene relaciones amorosas con el sádico ex oficial nazi que la había torturado 15 años antes cuando era prisionera en un campo de concentración. La película la lanzó a la fama mundial.
Algunos de sus papeles destacados son «Zardoz» (John Boorman, 1974), «La carne de la orquídea» (Patrice Chéreau, 1975), «Adiós muñeca» (Dick Richards, 1975), «Un taxi malva» (Yves Boisset, 1977), «Recuerdos» (Woody Allen, 1980), «Veredicto final» (Sidney Lumet, 1982), «Viva la vie» (Claude Lelouch, 1984), «Solo se muere dos veces» (J. Deray, 1985), «Max, mi amor» (Nagisa Oshima, 1986) en la que interpreta a una mujer que mantiene una historia de amor con un simio y en la que Victoria Abril es coprotagonista, «El corazón del ángel» (1987), «Las alas de la paloma» (1997) o «Swimming Pol (La piscina)». En 2006 trabaja en el cine español a las órdenes de Julio Medem en «Caótica Ana».
En 2002, grabó un álbum titulado «Comme Une Femme», en francés e inglés. También apareció en portadas de revistas como Vogue, Interview Magazine, y Elle Magazine. Continuó trabajando en películas sexualmente provocativas, como «Instinto básico 2» (2006). Después encarnó a la madre de la protagonista en «The Duchess», (2008), «Cleanskin» (2010), y en 2013, interpretó a Evelyn Vogel en la última temporada de Dexter.
En 2011 se pone a las órdenes del danés Lars Von Trier en «Melancolía», y en 2015 protagoniza «45 años» junto a Tom Courtenay, de Andrew Haigh, con la que logra numerosos premios, entre ellos el Oso de Plata del Festival de Berlín.
En 1972, se casó con el publicista neozelandés Bryan Southcombe y fueron motivo de escándalo al mantener una relación a tres que incluía al modelo Randall Laurence. Tuvieron un hijo, Barnaby Southcombe, que se convirtió en un exitoso director de televisión. Se divorciaron en 1976. En el año 1978, se casó con el compositor francés Jean-Michel Jarre y tuvo su segundo hijo, David Jarre, mago y cantante. El matrimonio se deshizo en 1997 cuando al enterarse a través de periódicos sensacionalistas de las relaciones de Jarre con otras mujeres, tuvo un ataque de nervios. Desde 1998 es pareja de Jean-Noel Tassez, un magnate francés de las comunicaciones. En 2015 recibe el Premio de Honor de los Premios del Cine Europeo. Es también Caballero de la Legión de Honor de Francia y Oficial de la Orden del Imperio británico.
