Joséphine Charlotte a été baptisée en l'église Saint-Michel-et-Saint-Gudule à Bruxelles le 16 avril 2005. À sa naissance, elle occupait la septième place dans l'ordre de succession au trône belge après son père et ses trois frères et sœurs aînés. Avec la loi de succession du 9 août 1991, le statut de princesse héritière de Belgique a été supprimé pour la descendance masculine du prince héritier Philippe. Le statut de princesse héritière a été accordé à sa sœur cadette, Elisabeth, le 4 novembre 2015.
Joséphine Charlotte est scolarisée au collège Saint-Pie X et au lycée Notre-Dame de la Paix à La Hulpe. Elle a un frère jumeau, Louis-Philippe, né en 2004. Les deux sœurs sont considérées comme étant les enfants les plus populaires du pays.
Joséphine Charlotte a une grande passion pour la mode et le cinéma, et elle a déjà participé à plusieurs campagnes publicitaires pour de grands magasins de mode. Elle a également fondé sa propre marque de maillots de bain, Sea Breeze, qui soutient des projets caritatifs pour la mer.
En août 2018, elle a rejoint son père lors d'une mission officielle en Afrique du Sud. Elle a également accompagné sa famille à l'occasion de nombreuses cérémonies et événements royaux, ainsi qu'à des événements sportifs comme les Jeux olympiques de Pyeongchang en 2018.
En mars 2019, Joséphine Charlotte a annoncé sa décision de ne pas participer à la cérémonie d'investiture de son père comme roi des Belges, en raison d'une maladie infectieuse, mais elle a participé aux fêtes qui ont suivi.
En mai 2019, Joséphine Charlotte et ses frères et sœurs ont participé à la cérémonie d'ouverture du Parlement belge en tant que représentants de leur père et de leurs ancêtres royaux. Elle est considérée comme l'une des princesses les plus populaires de Belgique et fait régulièrement l'objet de couvertures médiatiques dans les magazines de mode et de célébrité.