Charles Brauer wurde am 3. Juli 1935 in Berlin als Charles Knetschke geboren. Sein Kinodebüt gab er 1946, als der Regisseur Gerhard Lamprecht ihn im wahrsten Wortsinn auf der Straße entdeckte und in dem DEFA-Nachkriegsdrama "Irgendwo in Berlin" besetzte. Nach weiteren kleinen Film- und Theaterauftritten nahm er 1952 Schauspielunterricht am Berliner Max-Reinhardt-Seminar. Zu dieser Zeit nahm er den Künstlernamen Brauer an.

1954 stand Brauer am Hamburger Ernst-Deutsch Theater und der Komödie Basel auf der Bühne. Im selben Jahr startete die Fernsehserie "Familie Schölermann", in der Brauer sechs Jahr lang, bis 1960, den Sohn Heinz verkörperte. Im Kino spielte er eine tragende Rolle als Oberprimaner in "Reifende Jugend" (1955). 

1956 wurde er ins Ensemble des Deutschen Schauspielhaus Hamburg berufen, mit Gustaf Gründgens als Intendant. 1976 wechselte er nach über 20 Jahren an die Münchner Kammerspiele, wo er sieben Jahre blieb. 

Neben der Bühnenarbeit wirkte Brauer in den 1960er-Jahren in einigen TV-Produktionen mit, häufig fürs Fernsehen produzierte Theaterinszenierungen berühmter Stücke wie "Das Gespenst von Canterville" oder Literaturadaptionen wie "Die chinesische Mauer" (1965) nach Max Frisch. In den 1970er-Jahren sah man ihn vereinzelt in Kino-Nebenrollen, zum Beispiel als Chefredakteur in Alfred Vohrers Simmel-Verfilmung "Der Stoff aus dem die Träume sind" (1972) oder als Gefängnisdirektor in Reinhard Hauffs "Die Verrohung des Franz Blum" (1974).

Erst ab den 1980er-Jahren konzentrierte Brauer sich stärker auf die Arbeit vor der Kamera. An der Seite von Heinz Rühmann spielte er einen jüdischen Juwelier in Rolf von Sydows Paddy-Chayefsky-Verfilmung "Ein Zug nach Manhattan" (1981, TV), in dem Kinofilm "Zahn um Zahn" (1985) mit Götz George als Kultkommissar Schimanski spielte er eine Hauptrolle als korrupter Unternehmer. Margarethe von Trotta besetzte Brauer in "Rosa Luxemburg" (CZ/DE 1986) als Gefängnisdirektor; in Sigi Rothemunds sechsteiliger Abenteuerserie "Jenseits der Morgenröte" (1985) gehörte er als Jesuitenpater zum Hauptensemble.

Im Bühnenbereich war Brauer von 1984 bis 1987 am Württembergischen Staatstheater Stuttgart als Bassa Selim in Mozarts Singspiel "Die Entführung aus dem Serail" zu sehen. Auch sonst blieb er weiterhin stark dem Theater verbunden.

Einem breiten Fernsehpublikum wurde er ab 1986 an der Seite von Manfred Krug als Hamburger "Tatort"-Kommissar Peter Brockmöller bekannt: bis 2001 löste er in dieser Rolle 38 Fälle. 1998 und 199 wurden Brauer und Krug für den Grimme-Schauspielreis nominiert. 

Mit steigender Popularität übernahm Brauer auch andere feste Serienrollen. 1990 spielte er in mehreren Folgen von "Abenteuer Airport" einen Zollinspektor, in "Unser Lehrer Doktor Specht" verkörperte er von 1992 bis 1995 in 29 Folgen einen Schuldirektor. Für die Familienserie "Samt und Seide" (2000-2005) schlüpfte Brauer in 113 Folgen in die Hauptrolle eines Augsburger Textilunternehmers. Außerdem übernahm er Gastrollen in zahlreichen weiteren Serien und Reihen, darunter die "Utta Danella"-Liebesfilmreihe und Krimiformate wie "Stubbe – Von Fall zu Fall" und "Zorn". Seine Filmografie umfasst über 130 Rollen.

Auf der Bühne übernahm Brauer am Theater & Philharmonie Essen von 1997 bis 2000 die Rolle des Henry Higgins in dem Musical "My Fair Lady" und von 1998 bis 2004 die Titelrolle in "Der Fall Furtwängler". Bei den Salzburger Festspielen 2016 gehörte als königlicher Berater Gonsalo zum Ensemble von Shakespeares "Der Sturm" – um nur ein paar wenige Theaterbeispiele zu nennen.

Seinen letzten Kinoauftritt hatte Charles Brauer in dem kammerspielartigen Ensemblefilm "Das letzte Mahl" (2018), über die Zusammenkunft einer jüdischen Familie am Tag der Machtübernahme Adolf Hitlers. Nach einer Gastrolle in der Serie "Großstadtrevier" (2019) trat der mittlerweile 84-Jährige nur noch als Sprecher von Hörbüchern in Erscheinung (seit einigen Jahren war er bereits der feste Sprecher von John-Grisham-Hörbüchern).

2024 wurde er beim Deutschen Schauspielpreis, der vom Bundesverband Schauspiel verliehen wird, mit einem Ehrenpreis für sein Lebenswerk ausgezeichnet.

Charles Brauer war von 1966 bis 1976 mit der Schauspielerin Witta Pohl verheiratet, danach hatte er eine langjährige Beziehung mit der Schauspielerin Lisi Mangold, bis zu deren Tod 1986. Mit seiner zweiten Ehefrau, der Bühnenbildnerin Lilot Hegi, lebt Brauer im Schweizer Kanton Basel-Landschaft.