Charlotte Pfeiffer kommt als Tochter eines württembergischen Beamten zur Welt, der aufgrund seiner deutschen Gesinnung zu einer Gefängnisstrafe verurteilt und vom bayerischen König Max Joseph 1806 freigekauft wird. Die Familie zieht daraufhin nach München. Wenig später erblindet der Vater und Charlotte Pfeiffer wird als dessen Vorleserin an die großen klassischen Tragödien herangeführt. Gegen den Widerstand der Eltern erhält sie Schauspielunterricht beim Hofschauspieler F. A. Zuccarini, bereits 1813 tritt sie im Münchner Theater am Isartor als Schauspielerin im tragischen Fach auf. Sie geht auf Tournee, in den Folgejahren gastiert sie auf deutschen Bühnen, aber auch im Ausland. Zwischen 1818 und 1826 hat sie ein festes Engagement am Münchner Hoftheater.

Während eines Gastspiels in Hamburg 1823 lernt Pfeiffer den dänischen Schriftsteller Dr. Andreas Birch kennen, dem sie eine Anstellung als Dramaturg am Münchner Hoftheater verschafft und den sie zwei Jahre später ehelicht. Wegen diverser Unzulänglichkeiten wird ihr Vertrag am Hoftheater jedoch nicht verlängert; am Theater an der Wien unter Direktor Carl Carl steht sie von 1828 bis 1830 unter Vertrag. Während ihres Engagements in Wien beginnt sie erste Dramen zu schreiben – mehr als 90 Bühnenstücke aller Gattungen, vom Geschichtsdrama, Rührstück, Familiengemälde, Lustspiel bis zum Intrigenstück und zur Tragödie, entstehen in der folgenden Zeit. Pfeiffer bearbeitet Operntexte für Giacomo Meyerbeer, wird dessen langjährige und vertraute Mitarbeiterin. Darüber hinaus dramatisiert sie Romane von Victor Hugo, George Sand, Alexandre Dumas, Charlotte Brontë und Charles Dickens, eigene Erzählungen und Novellen stammen gleichfalls aus ihrer Feder. Die Rührstück-Tradition Ifflands und Kotzebues weiß sie unter Einsatz theatralischer Mittel sowie durch eine effektvolle Stoffwahl (moralisierte Emanzipation, Läuterung in der Ehekrise, Stadt-Land-Gegensatz) fortzuführen und dadurch große Erfolge beim Publikum zu erzielen.

Nach ihrem Wien-Aufenthalt lebt Charlotte Birch-Pfeiffer wieder in München, ihr Mann übernimmt bis 1833 die Redaktion der Zeitschrift Flora. Am 11. März 1836 bringt Birch-Pfeiffer ihre Tochter Wilhelmine, die später auch Schauspielerin und Dichterin wird, gesund zur Welt. Ein Jahr danach übernimmt sie für sechs Jahre die Leitung des Züricher Stadttheaters, das unter ihr eine Blütezeit erlebt. 1844 übersiedelt sie mit ihrer Tochter, ihrer Schwester und Haustochter nach Berlin – von ihrem hochverschuldeten Mann hat sie sich bereits 1837/38 getrennt und verfügt von nun an allein über ihre Einnahmen.

In Berlin engagiert sie der Theaterintendant Karl Theodor von Küstner, wo sie bis zu ihrer Pensionierung 1865 zum Ensemble gehört. Am 13. Juni 1863 feiert sie ihr 50jähriges Bühnenjubiläum, zeitgleich erscheinen ihre Gesammelten Novellen und Erzählungen (3 Bde., 1863-65) sowie Gesammelten dramatischen Werke (23 Bde., 1863-80). Sie stirbt, vermutlich an einem Schlaganfall, im Alter von 68 Jahren in ihrer Berliner Wohnung.