Après avoir pris des cours de théâtre, Charlie Bruneau suit des études de costumières pour s’assurer un métier dans le monde du spectacle. Elle débute ainsi comme styliste à la télévision, notamment dans le Morning Live sur M6, puis Comédie lui offre l’opportunité de devenir animatrice sur sa chaîne.

En 2001, elle apparaît pour la première fois au cinéma dans Ceci est mon corps, qui relate la reconversion d’un jeune étudiant de HEC en acteur, puis joue Géraldine dans Paris 16e, série qui ne rencontrera pas son public. La jeune comédienne devient, en 2011, Isabelle, la femme de Jonathan Lambert dans Dépression et des potes. Ils forment un couple en crise qui ne parvient pas à fonder une famille. En 2012, elle obtient l’un des rôles principaux dans la nouvelle shortcom de M6, En Famille. Charlie y incarne Roxane, la fille cadette de la famille Le Kervelec, jeune maman de jumeaux, qui tente d’être une mère parfaite. En parallèle, son aventure au cinéma continue dans le film en deux parties Goal of the Dead, où elle interprète Solène, jeune journaliste ambitieuse qui tente de survivre à une épidémie zombie avec son ancien amant, Sam Lorit (Alban Lenoir).

Lucie Reeb