Charlie Cox urodził się w Londynie, jest najmłodszym synem Patricii i Andrew Fredericka Seafortha Coxów. Zdobywał wykształcenie i umiejętności w zakresie aktorstwa w Sherborne School w Dorset i w Bristol Old Vic Theatre School.

Jego debiutem był występ w melodramacie Kropka nad i. Następnie grał rolę Danny'ego w komedii romantycznej pt.: Things to do before 30. Brał udział w adaptacji dramatu szekspirowskiego pt.: Kupiec wenecki, gdzie wystąpił jako Lorenzo, wśród takich aktorów jak Jeremy Irons i Al Pacino. Komedia romantyczna pt.: Casanova z 2005 roku była pierwszą produkcją, w której zagrał główną rolę. Większą popularność przyniósł mu występ w serialu pt.: Daredevil, w którym wcielił się w postać Matta Murdocka – niewidomego prawnika walczącego nocami z przestępczością w swojej dzielnicy.