Charisma Carpenter naît le 23 juillet 1970 à Las Vegas, Nevada. Elle a des origines françaises et allemandes par son père et cherokees et espagnols par sa mère.
À l'âge de 15 ans, elle déménage avec ses parents à Rosarito city au Mexique, puis à San Diego en Californie où elle intègre le lycée Bonita Vista puis la Chula Vista School of the Creative and Performing Arts. Après avoir obtenu son diplôme, Charisma décide de voyager à travers l'Europe. A son retour à San Diego, elle enchaîne les petits boulots, travaillant notamment dans un vidéo club puis en tant que professeur d'aérobic. En 1992, elle part s'installer à Los Angeles.
Alors qu'elle occupe un emploi de serveuse pour économiser de l'argent pour l'université, elle est repérée par un agent commercial. C'est le début de sa carrière de comédienne.Après de petites apparitions au théâtre et dans des spots publicitaires, Charisma obtient son premier rôle en 1994 dans un épisode d'Alerte à Malibu. Peu de temps après, elle intègre le casting de la nouvelle série produite par Aaron Spelling, Malibu Shore, qui est annulée au bout de dix épisodes.
C'est en 1997 que la carrière de Charisma Carpenter explose puisqu'elle intègre le casting de la série événement de Joss Whedon Buffy contre les vampires. Durant trois saisons, elle y incarne le rôle de Cordelia Chase, jeune lycéenne superficielle mais attachante qui vivra une histoire d'amour avec Alex.
En 1999, elle rejoint le casting de la série Angel, spin-off de Buffy, aux cotés de David Boreanaz, pour y incarner ce même rôle. Elle quitte la série quatre ans plus tard mais revient pour le centième épisode au cours de la cinquième et dernière saison, estimant que les fans méritaient de savoir ce qu'il était advenu de Cordelia.
A partir de 2004, Charisma enchaîne les rôles de guest à la télévision : les téléspectateurs la retrouvent notamment sous les traits d'un démon dans trois épisodes de Charmed puis dans la série Miss Match et dans le rôle de Kendall Casablancas dans 11 épisodes de Veronica Mars. En 2009, elle fait également une apparition dans un épisode des Experts.
Parallèlement, la comédienne joue dans de nombreux téléfilms romantiques dont Une célibataire à New York (2003), Le Club des infidèles (2006) ou encore Face à ma sœur jumelle (2011).
En 2010, elle obtient le rôle de Lacy dans le film d'action Expendables : Unité spéciale qui réuni Sylvester Stallone, Jason Statham, Jet Li ou encore Bruce Willis. Elle reprend ce rôle en 2012 dans Expendables 2.
Du coté de sa vie privée, Charisma a épousé Damian Hardy le 5 octobre 2002. De cette union est né leur fils Donovan Charles Hardy le 24 mars 2003. Le couple s'est finalement séparé fin 2007 et le divorce a été prononcé en juillet 2008.
