Nascida em Paris, filha de pais suecos, Charlotte Brändström formou-se em direção pelo American Film Institute (AFI) em Los Angeles.

Desde sua estreia no cinema em 1989, trabalhou principalmente na França. Aos 29 anos dirigiu seu primeiro filme, A Summer of Storms, no qual dirigiu a jovem Judith Godrèche. Seu primeiro filme sueco foi Wallander - The Revenge em 2009, após o qual dirigiu dois filmes de Johan Falk e outro filme de Wallander. Brändström agora mistura seu trabalho na Europa com direção nos Estados Unidos, onde dirigiu episódios de séries de televisão americanas como The Lord of the Rings: The Rings of Power, The Witcher, Madam Secretary, Chicago Police Department, Arrow, Grey's Anatomy and Colony, enquanto dirigia as séries nórdicas Okkupert e Ingen utan skuld.

Ela fala fluentemente francês, sueco e inglês, além de um pouco de alemão e espanhol.