Anne-Charlotte de Turckheim voit le jour le 5 avril 1955 à Montereau-Fault-Yvonne, en Seine-et-Marne. Issue de la noblesse protestante alsacienne, elle naît dans la famille du baron Arnaud de Turckheim, un entrepreneur, et de Françoise Husson. Élevée avec ses trois frères et sœurs, elle grandit dans le 16e arrondissement de Paris et reçoit une éducation rigoureuse. À l'âge de 13 ans, elle participe à son premier rallye et s'initie à la valse. Cependant, en 1968, le divorce de ses parents bouleverse la dynamique familiale en apportant un vent de liberté. Durant cette période, Anne-Charlotte voit peu son père pendant une décennie. Sa mère achète une maison près de Saint-Rémy-de-Provence, où la famille emménage.
À l'adolescence, Anne-Charlotte brise les règles de son enfance et part à l'aventure en Colombie pour retrouver sa correspondante. Elle y rencontre un jeune révolutionnaire avec qui elle explore le pays. Son père, absent depuis quelques années, finit par la ramener chez elle. Après l'obtention de son baccalauréat, elle s'inscrit à des cours de théâtre, défiant l'opposition de ses parents. Affichant un côté rebelle, elle rejoint sa première troupe théâtrale, Les éléphants roses. Une rencontre cruciale avec Coluche, animateur sur Europe 1, propulse sa carrière. Malgré deux apparitions sur scène (dans "Le bonbon magique" et "Le troisième jumeau"), sa carrière d'actrice peine à décoller à cette époque. Coluche lui suggère d'utiliser un pseudonyme. Elle tente "Charlotte Keim" mais opte finalement pour "Charlotte de Turckeim", en conservant sa particule. En 1981, Coluche l'assiste pour la création de son premier one-woman-show, et elle rejoint ensuite le casting du film "Le Maître d'école" réalisé par Claude Berri.
Durant les années 80, elle enchaîne les rôles secondaires dans des comédies telles que "Les babas cool", "Les sous-doués en vacances", "Chouans!"… En 1990, elle coécrit avec Bruno Gaccio son one-woman-show "Une journée chez ma mère", qui triomphe sur scène. Ce spectacle est adapté au cinéma par Dominique Cheminal en 1992, ce qui la propulse sur le devant de la scène publique. En 1999, elle incarne le rôle principal de Madame le Proviseur dans une série télévisée à succès jusqu'en 2004. La même année, elle revient au one-woman-show, toujours avec Bruno Gaccio, avec "On m'a pas prévenue". Parallèlement, elle enchaîne les rôles à la télévision, dans des séries comme "Un été de canicule", "Clara Sheller", "La pire semaine de ma vie", "Candice Renoir"… Au cinéma, elle retrouve le succès avec la comédie "La Croisière" de Pascale Pouzadoux en 2011. En 2014, elle joue le rôle d'une ex-hippie dans "Avis de Mistral", partageant l'affiche avec Jean Reno.
Charlotte de Turckheim concrétise son rêve de devenir réalisatrice en 1999 avec "Mon père, ma mère, mes frères et mes sœurs", un film inspiré de sa propre histoire. Elle puise également dans sa vie pour écrire d'autres films, comme la comédie "Les Aristos" en 2006, qui caricature son milieu d'origine, ou "Mince alors!" en 2012, qui aborde le rapport au corps. En 2015, elle réalise un nouveau long-métrage intitulé "Qui c'est les plus forts?", avec Audrey Lamy et Alice Pol.
En ce qui concerne sa vie personnelle, pendant son adolescence, Charlotte de Turckheim entretient une relation amoureuse avec Jean-Christophe Cambadélis, fils d'amis de ses parents. À l'âge de 20 ans, elle se marie avec Jean-Noël Fenwick, mais le couple se sépare après quelques années. En secondes noces, elle épouse Jean-Marc Piaton, avec qui elle fonde une famille, accueillant trois filles : Julia (née en 1985), Clara (née en 1988) et Johanna (née en 1991). Vers le milieu des années 90, l'actrice reprend sa liberté en divorçant de Jean-Marc Piaton. Le 31 août 2012, elle célèbre son mariage avec Zaman, un exilé politique afghan, à la mairie d'Eygalières, le lieu où elle a passé son adolescence.
