Nacque a Saint-Maximin-la-Sainte-Baume, figlia di Lucien Bonaparte (1775-1840), primo principe di Canino e Musignano, e della sua prima moglie Christine Boyer (1773-1800), figlia a sua volta di Pierre Boyer. Era la nipote di Carlo Buonaparte e di sua moglie Letizia Ramolino, e la nipote dell’imperatore Napoleone I. La nonna paterna, Letizia Ramolino (Madame Mère), la soprannominò “Lolotte.”Quando aveva sei anni e Christine-Egypta, sua sorella minore, aveva due anni, la loro madre morì a Le Plessis di una malattia polmonare mentre era incinta di un terzo fratello. Trascorse la sua infanzia in Francia e Spagna e dal 1804 in poi fu educata da suore in Italia.
Quando il primo matrimonio di Napoleone con Joséphine de Beauharnais fu annullato, la possibilità che egli potesse sposare Charlotte fu suggerita da sua zia Pauline Bonaparte, poiché ciò avrebbe consolidato il potere familiare. Sotto la pressione di Napoleone, che voleva organizzare il suo matrimonio, fu mandata a Parigi a stare con sua madre, Madame Mère. Il matrimonio tra il principe spagnolo Ferdinando delle Asturie (poi Ferdinando VII di Spagna) e il granduca di Wurzburg (poi Ferdinando III di Toscana) fu pianificato per lei da Napoleone, ma alla fine non fu concluso. Charlotte scriveva continuamente lettere a suo padre che si lamentava dell’ipocrita corte francese e della bruttezza delle sue parenti femminili. Ha persino criticato Napoleone stesso, e quando queste lettere sono state intercettate dalla sua polizia segreta, è stata mandata a casa. Come conseguenza del rapporto sempre più abrasivo tra Lucien e Napoleone, Charlotte, suo padre, la matrigna Alexandrine de Bleschamp, i fratelli e la famiglia tentarono di salpare per gli Stati Uniti il 5 agosto 1810. Furono catturati dagli inglesi e costretti a risiedere, prima nella colonia britannica di Malta, e poi in Inghilterra fino alla caduta di Napoleone nel maggio 1814.
Citoyens français dell’era rivoluzionaria. Mario Gabrielli, marito di Carlotta, raffigurato al centro nel 1799
Durante la restaurazione dello zio Napoleone per un periodo noto come i Cento Giorni, Carlotta ottenne il titolo di principessa francese (22 marzo 1815) e la qualifica di Altezza Imperiale. Carlotta si sposò il 27 dicembre 1815 con il principe romano Mario Gabrielli (1773 – 1841). Era il rampollo di una vecchia famiglia cattolica italiana di Gubbio, figlio del vicesindaco napoleonico di Roma e nipote di un ex Cardinale Segretario di Stato. Divenne così la Principessa Gabrielli fino alla sua morte nel 1841.
Una donna schietta e sincera, gli italiani si riferivano alla principessa Gabrielli come “un vero Bonaparte”. Anche dopo la caduta di Napoleone, rimase sempre fedele alla memoria dello zio, e nutrì un particolare affetto per la nonna paterna, Madame Mère, alla quale rimase legata fino alla morte avvenuta a Palazzo Bonaparte-d’Aste, nella romana Piazza Venezia, nel 1836.
Era un’avida collezionista di libri e la patrona di un circolo letterario e intellettuale che si riuniva regolarmente nella villa del marito sul Gianicolo dagli anni 1820-1840. La “Villa Gabrielli al Gianicolo” è stata una delle tappe imperdibili dei viaggiatori del Grand Tour per la magnifica vista sulla città, ed è attualmente la sede romana del Pontificio Collegio Nordamericano.
Charlotte sopravvisse al marito come principessa Vedova Gabrielli (1841-1865) e l’anno successivo si risposò tranquillamente con il suo fedele ammiratore il Cavaliere Settimio Centamori. Con l’ascesa dell’imperatore Napoleone III, Carlotta fu di nuovo ufficialmente inclusa nella famiglia imperiale e riconosciuta come Principessa Bonaparte con la qualifica di Altezza (21 febbraio 1853). La principessa Gabrielli morì il 6 maggio 1865, all’età di settant’anni, a Palazzo Gabrielli a Roma.