Après des études à l'UCLA et des débuts comme assistant réalisateur et directeur de production, Charles Shyer s'oriente vers l'écriture. Scénariste pour plusieurs séries télévisées, dont Happy days, il débute dans le cinéma en signant plusieurs scripts dont celui d'En route vers le sud (1978), réalisé par Jack Nicholson.
En 1980, l'association professionnelle avec sa compagne Nancy Meyers marque un tournant dans la carrière de Charles Shyer. Ils écrivent et produisent La Bidasse, avec Goldie Hawn, Nancy Meyers accompagnant ensuite son mari sur nombre de ses réalisations, de la comédie dramatique Irreconcilable differences (1984) aux productions plus familiales que sont Baby Boom (1987) et Le Père de la mariée (1991).
Spécialisé dans la comédie, genre qui lui fera notamment diriger Julia Roberts (Les Complices, 1994) et Jude Law (Irrésistible Alfie, 2004), Charles Shyer est aussi capable de tout autre chose, en témoigne la réalisation du drame historique L' Affaire du collier (2001), porté par Hilary Swank.