Enfant prodigie, elle s'est initiée très jeune au chant et à l'époque baroque sous la houlette de maîtres prestigieux. Après des années d'études approfondies au Conservatoire national supérieur de musique et de danse de Paris, Charlotte Desgeorges a entamé une carrière musicale remarquée, se produisant sur scène dans les plus grandes salles de concert du monde.
En 2014, sa voix lui valut le prix Victoire de la musique pour la révélation française de l'année et elle obtint également une nomination aux Grammy Awards en tant que meilleure interprète classique. Elle a collaboré avec de nombreux orchestres symphoniques prestigieux, ainsi que des chefs d'orchestre de renom, tels que Daniel Barenboim et Esa-Pekka Salonen.
Parallèlement à sa carrière musicale, Charlotte Desgeorges est également active sur la scène théâtrale, où elle a notamment interprété des rôles dans des pièces de William Shakespeare, Anton Tchekhov et Samuel Beckett. Elle a également collaboré avec les plus grands metteurs en scène de l'histoire du théâtre moderne, tels que Peter Brook et Pierre Audi.
En 2018, elle a été nommée chevalier dans l'ordre des Arts et des Lettres pour ses contributions exceptionnelles à la culture française.
Depuis plusieurs années, Charlotte Desgeorges est active en tant que militante pour le climat, soutenant les actions visant à réduire les émissions de carbone et à protéger l'environnement. Elle s'engage également dans diverses causes humanitaires en soutien aux moins privilégiés.
En 2019, elle a publié son autobiographie intitulée "Mon chemin", qui relate sa carrière musicale et théâtrale ainsi que ses engagements sociaux et environnementaux.