Après des études d'architecture à l'École de l'Union Centrale des Arts Décoratifs (ECAD) de Paris, elle commence sa carrière en 1927, lorsque Léonard Simone lui offre un poste dans son agence. Elle rencontre Le Corbusier et Pierre Jeanneret cette année-là , avec qui elle collabore sur le projet de la Maison du Docteur Curutchet à La Plata, en Argentine. En 1928, Perriand devient la première femme à rejoindre l'Atelier Corbusier et reste jusqu'en 1937.
Durant cette période, Perriand conçoit de nombreux objets fonctionnels pour les intérieurs modernes que Corbusier est en train de développer avec son frère Pierre Jeanneret. Elle travaille également à la conception des plans et dessins pour des bâtiments comme l'immeuble du Café de l'Usine, le Pavillon de l'Esprit Nouveau (1937) et la Cité Radieuse (1952), tous construits à Marseille.
En 1940, Perriand ouvre son propre bureau d'architecture et de design à Paris. Elle travaille alors avec des matériaux tels que le béton, la pierre naturelle et le bois pour concevoir des objets domestiques innovants et fonctionnels, qui répondent aux besoins croissants des ménages français.
Au cours de sa carrière, Perriand conçoit également des meubles pour différentes entreprises comme Arteluce, Citterio, Luminaire ou encore Cassina. Elle est également connue pour avoir influencé la manière dont les japonais intègrent le design moderne dans leur culture.
Perriand reçoit de nombreux prix et récompenses au cours de sa carrière, notamment le Grand Prix National de la Création Industrielle en 1965. Son travail est exposé dans des musées prestigieux tels que le Musée des Arts Décoratifs de Paris ou encore le Museum of Modern Art (MoMA) à New York.
Charlotte Perriand meurt en octobre 1999, mais son influence sur le design moderne perdure aujourd'hui. Elle reste un exemple d'une femme pionnière dans l'industrie du design et de l'architecture.