Шарлотта была одной из 2-ух дочерей старшего брата правителя Франции Наполеона I, Жозефа Бонапарта, и его супруги Жюли Клари (сестры первой большой любви Наполеона и потом шведской царицы Дезире Клари).
Была замужем за своим двоюродным братом, Наполеоном Луи Бонапартом, отпрыском другого брата правителя, Луи Бонапарта и Гортензии Богарне.
Уже в молодости, в Париже Шарлотта изучала живопись и литографию под управлением швейцарского художника Луи-Леопольда Робера. Отец её, Жозеф Бонапарт, стал при помощи Наполеона I поначалу королём Неаполитанским, а потом — королём Испании. Супругом Шарлотты был ее кузен Наполеон Луи (1804—1831), отпрыск Луи Наполеона и Гортензии Богарне. Малышей в этом браке у Шарлотты не было. Будущий Свёкор Шарлотты, Луи Бонапарт, был под опекой правителя королём Голландии до 1810 года, когда он был свергнут французскими войсками. После того, как в 1813 году отец Шарлотты, Жозеф Бонапарт был свергнут с испанского престола, вся их семья уехала в Америку. В США Жозеф купил огромное поместье «Пойнт-Бриз» на реке Делавэр близ Бордентауна, в штате Нью-Джерси. Поместье состояло из большого парка с дворцом, увенчанным бессчетными произведениями искусства, в том числе полотнами Тициана и Рубенса. Шарлотта, носившая в это время титул графини де Сурвилье, вновь начала писать картины, в большей степени портреты и пейзажи. Эти работы не один раз выставлялись в Пенсильванской академии роскошных искусств. В 1824 году принцесса возвратилась в Европу.
Скончалась при родах собственного единственного ребёнка, папой которого был польский граф Потоцкий. Похоронена на кладбище Сен-Лё-ла-Форе близ Парижа, рядом с могилами собственного жена и его родителей.