Charlotte Madsen er født og opvokset i Bækmarksbro. Hun gik på Venø Efterskole i 9. klasse og efter 1. g på Holstebro Gymnasium flyttede hun som 17-årig til København, hvor hun i halvandet år gik på film- og fotoskolen Rampen. Siden 2007 har hun instrueret, skrevet og produceret flere kort- og novellefilm. Charlotte Madsen debuterede som instruktør med spillefilmen “Søde lille du” og vandt flere priser for filmen, bl.a. prisen for bedste udenlandske film på Macon Film Festival i Georgia i USA. I oktober 2012 fik hendes anden spillefilm “Kufferten” premiere i de danske biografer. Hun er kæreste med filmfotografen Thomas Toft Nilsson.