Charlier erhielt seinen Doktortitel der Wissenschaften (Ph.D.) von der Universität Uppsala im Jahr 1887 mit der Schrift Untersuchung über die allgemeinen Jupiter-Störungen des Planeten Thetis.[1] Er blieb dann dort noch einige Zeit, wechselte dann zur Universität Stockholm, bevor er 1897 Professor für Astronomie und Direktor des Alten Observatoriums der Universität Lund wurde.
Er wurde bekannt für seine statistischen Studien über die Sterne unserer Galaxie, ihre Positionen und ihre Bewegungen. Aus allem versuchte er ein Modell unserer Galaxie zu entwickeln.