Charlotte Lucy Gainsbourg (Londres, 21 de julho de 1971) é uma atriz e cantora franco-inglesa. É filha do ator, compositor e cantor francês Serge Gainsbourg e da atriz Jane Birkin. Cresceu numa família ligada ao teatro e à música.
Fez o seu primeiro filme em 1984, Paroles et musique. Em 1986 ganhou o César de atriz mais promissora pela sua participação no filme L'éffrontée. Em 2000, voltou a ganhá-lo, desta vez de melhor atriz coadjuvante no filme La Bûche.
Em 2001, ela foi membro do júri no Festival de Cannes.
Em 2009, ela recebeu o prémio de Melhor Atriz no Festival de Cannes por seu trabalho em Anticristo. Além da sua carreira como atriz, gravou dois álbuns e cantou a canção-título de um dos seus filmes, e é garota-propaganda da grife de roupas Gérard Darel.
Atualmente vive e trabalha em França, onde é casada com o ator e realizador Yvan Attal, pai dos seus dois filhos.
Every Thing Will Be Fine - (2015)
Ninfomaníaca - Volume II (2014)
Ninfomaníaca - Volume I (2013)
Melancholia - (2011) - (em inglês)
A Árvore (The Tree - L'Arbre) - (2010)
Antichrist - (2009) - (em inglês)
A noiva perfeita (Prête moi ta main) - (2006)
I'm Not There: Suppositions on a Film Concerning Dylan - (2005) - (em inglês)
L'un reste, l'autre part - (2005)
Ils se marièrent et eurent beaucoup d'enfants - (2004)
21 Grams - (2003) - (em inglês)
Nuremberg - (2000) - (em inglês)
Ma femme est une actrice - (2001)