Charlie Cox erlangte internationale Bekanntheit durch seine Rolle als Matt Murdock in der Serie Daredevil, in der er einen blinden Anwalt mit außergewöhnlichen Kampffähigkeiten verkörpert.
Charlie Cox wurde als Charlie Thomas Cox in London geboren. Er wuchs als jüngstes von fünf Geschwistern in East Sussex auf. Seine Eltern sind Patricia Harley und Andrew Frederick Seaforth Cox, ein Verleger. Cox besuchte die Ashdown House School in East Sussex und später die Sherborne School in Dorset. Nach seinem Abschluss im Jahr 2001 zog er zurück nach London, um an der Bristol Old Vic Theatre School Schauspiel zu studieren.    
Seine erste bedeutende Rolle erhielt Cox im Jahre 2003 im Psychothriller „Ein gefährlicher Kuss“. Anschließend spielte er 2004 den Lorenzo in der Shakespeare-Adaption „Der Kaufmann von Venedig“ neben Al Pacino. Es folgten Auftritte in Filmen wie „Casanova“ (2005) und der BBC-Produktion „A for Andromeda“ (2006).
Seinen internationalen Durchbruch erzielte er 2007 mit der Hauptrolle des Tristan Thorn im Fantasyfilm „Der Sternwanderer“ (2007). Trotz dieses Erfolgs blieben weitere große Rollen zunächst aus.  
Zwischen 2011 und 2012 verkörperte Cox den irischen Auftragskiller Owen Sleater in der HBO-Serie Boardwalk Empire (2010-2014). 2014 spielte er Jonathan Hellyer Jones im Biopic „Die Entdeckung der Unendlichkeit“ (2014) über Stephen Hawking. Neben seiner Filmkarriere war Cox auch auf der Theaterbühne aktiv, unter anderem in Harold Pinters Stücken „Der Liebhaber“ und „Die Kollektion“ im Londoner West End.
Im Jahre 2015 übernahm Cox die Rolle des blinden Anwalts Matt Murdock, der nachts als Superheld Daredevil agiert, in der Netflix-Serie Daredevil (2015-2018). Er wiederholte diese Rolle in der Miniserie Marvel's The Defenders (2017) und hatte Gastauftritte in anderen Marvel-Produktionen.
Nach der Einstellung von Daredevil im Jahr 2018 kehrte Cox 2021 als Matt Murdock in „Spider-Man: No Way Home“ (2021) zurück. 2022 trat er in der Serie She-Hulk: Die Anwältin (2022) auf. 2025 übernahm er erneut die Hauptrolle in Daredevil: Born Again (2025-), einer Neuauflage der Serie auf Disney+.
Im September 2018 heiratete er Samantha Thomas, eine ehemalige Vizepräsidentin von Marvel Television. Gemeinsam haben sie zwei Kinder, geboren 2016 und 2020. Die Familie lebt in Connecticut, nachdem sie zuvor in London, New York und Los Angeles gewohnt hatte. Cox ist ein begeisterter Fußballfan und unterstützt den Arsenal F.C.
| Jahr | Auszeichnung | Kategorie | Titel | Status |
|---|---|---|---|---|
| 2019 | Saturn Awards | Best Actor in Streaming Presentation | Daredevil | |
| 2017 | Saturn Awards | Best Actor on Television | Daredevil | |
| 2016 | Saturn Awards | Best Actor on Television | Daredevil | |
| 2015 | Screen Actors Guild Awards | Outstanding Performance by a Cast in a Motion Picture | The Theory of Everything | |
| 2013 | Screen Actors Guild Awards | Outstanding Performance by an Ensemble in a Drama Series | Boardwalk Empire | |
| 2012 | Screen Actors Guild Awards | Outstanding Performance by an Ensemble in a Drama Series | Boardwalk Empire | 🏆 |