Gansburning karerasi 1984-yilda boshlangan, u "Sozlar va musiqa" kinofilmida bosh qahramonning qizini o'ynagan. 1986-yilda aktrisa "L’Effrontée" dramasida yangi image bilan chiqqan va bu film uchun 2000-yilda "Sezar" mukofoti va eng istiqbolli aktrisa unvoni bilan taqdirlangan. Xuddi shu mukofotga 1989-yilda "Kichik o'g'ri" (1988-yil) filmidagi o'yini uchun nominatsiya qilingan. Shundan keyin aktrisa yana bir nechta filmda suratga tushgan: "Va yorug'lik zulmatda yorishadi" (1990-yil), "Rahmat, hayot" (1991-yil) va "Hamma ko'z oldida" (1991-yil) kabi filmlarda.
Xalqaro shuhrat Sharlottaga 1992-yilda Endryu Birkinning "Sement bog'i" filmidagi roli tufayli kelgan. Aktrisaning bu noaniq filmdagi o'yini butun dunyo bo'ylab kino muxlislarining e'tiborini jalb etgan. 1996-yilda Sharlotta Gansbur "Jeyn Eyr" romanining ekranlashtirilganida o'ynagan. 1997-yilda esa aktrisa 1996-yilda "Sevgi va boshqalar" filmidagi roli uchun yana "Sezar" nominatsiyasiga sazovor bo'lgan.
1999-yilda Sharlotta Gansbur "Lablar" filmida suratga tushgan va bu film uchun eng yaxshi aktyorlik uchun "Sezar" mukofotini olgan. Xuddi o'sha yilda u "Qoidani buzuvchi" filmida o'ynagan, ammo bu film hech qanday mukofotga sazovor bo'lmagan. Keyingi bir necha yil ichida Charlotte Gainsbourg yana bir nechta filmda suratga tushgan. Ammo uning e'tiborni 2006-yilda "Lemming" dramasidagi o'yini qaytadan jalb etgan. Xuddi o'sha yilda Gansbur "Oskar" mukofotiga sazovor bo'lgan "Uyquning ilmi" filmida mashhur Gael Garcia Bernnal bilan birga o'ynagan.
Aktyorlikdan tashqari, Sharlotta qo'shiq aytish va musiqa kompozitsiyalari yaratishga qiziqadi. U birinchi marta 1983-yilda otasi bilan birga "Lemon Incest" qo'shig'ini ijro etgan. 1986-yilda u o'zining birinchi diskin chiqargan, u "Charlotte for Ever" deb nomlangan. 2005-yilda uning ikkinchi diski "L’une reste, l’autre part" chiqqan. Undan keyin 2006-yilda uchinchi albomi - "5:55" chiqqan.
2010-yilda Sharlotta Gansbur ishtirokidagi "Daraxt" filmi chiqqan. 2011-yilda esa "Melanxoliya" filmi chiqqan.
