Lyell sinh ra trong một gia đình giàu có, ngày 14 tháng 11 năm 1797, tại biệt thự của gia đình, Biệt thự Kinnordy, gần Kirriemuir ở Forfarshire. Ông là con cả của mười đứa con. Cha của Lyell, cũng có tên là Charles Lyell, là một dịch giả và học giả của Dante đáng chú ý. Ông cũng là một nhà thực vật học thành đạt, chính ông là người đầu tiên cho con trai tiếp xúc với nghiên cứu thiên nhiên. Ông nội của Lyell, cũng là Charles Lyell, đã tích lũy tài sản, cho phép ông mua biệt thự Kinnordy.xxxxtrái|nhỏ|214x214px|Biệt thự Kinnordy, nơi Lyell sinh ra]]Biệt thự nằm ở Strathmore, gần Ranh giới Hẻm Cao nguyên. Xung quanh nhà, trong đồi, là đất nông nghiệp tốt, nhưng trong một khoảng cách ngắn về phía tây bắc, ở phía bên kia của hẻm, là dãy núi Grampian ở Cao Nguyên. Nhà thứ hai của gia đình ông ở trong một khu vực địa chất và sinh thái hoàn toàn khác: ông đã trải qua phần lớn thời thơ ấu tại Bartley Lodge ở New Forest, Hampshire ở miền nam nước Anh.

Lyell vào Trường cao đẳng Exeter, Oxford, năm 1816, và tham dự các bài giảng của William Buckland. Anh ấy có bằng cử nhân cử nhân vào tháng 12 năm 1819, và đạt được bằng M.A (thạc sĩ kỹ thuật). 1821. Sau khi tốt nghiệp, ông bắt đầu làm nghề luật sư, vào Lữ quán Lincoln năm 1820. Ông đã hoàn thành một vòng qua vùng nông thôn Anh, nơi ông có thể quan sát các hiện tượng địa chất. Năm 1821 ông tham dự các bài giảng của Robert Jameson tại Edinburgh, và thăm Gideon Mantell ở Lewes, ở Sussex. Năm 1823 ông được bầu làm thư ký chung của Hiệp hội Địa chất. Khi thị lực của ông bắt đầu xấu đi, ông chuyển sang nghiên cứu địa chất như là một nghề nghiệp toàn thời gian. Bài báo đầu tiên của ông, "Trên một sự hình thành gần đây của đá vôi nước ngọt ở Forfarshire", được trình bày năm 1822. Đến năm 1827, ông đã từ bỏ luật và bắt tay vào một sự nghiệp địa chất có thể dẫn đến danh tiếng và sự chấp nhận chung của Học thuyết đồng nhất, một ý tưởng được đề xuất bởi James Hutton vài thập kỷ trước đó.

Năm 1832, Lyell cưới Mary Horner ở Bonn, con gái của Leonard Horner (1785-1864), cũng liên kết với Hiệp hội Địa chất London. Đôi vợ chồng mới dành tuần trăng mật tại Thụy Sĩ và Ý trong một tour du lịch địa chất trong khu vực.

Trong những năm 1840, Lyell du lịch đến Hoa Kỳ và Canada, và viết hai cuốn sách du lịch địa chất phổ biến: Du lịch ở Bắc Mỹ (1845) và Chuyến thăm thứ hai tới Hoa Kỳ (1849). Sau vụ cháy lớn ở Chicago, Lyell là một trong những người đầu tiên quyên góp các cuốn sách để giúp tìm Thư viện Công cộng Chicago. Năm 1866, ông được bầu làm thành viên nước ngoài của Học viện Hoàng gia Thụy Điển.

Vợ Lyell mất vào năm 1873, và hai năm sau đó (vào năm 1875) Lyell mất khi ông đang sửa đổi lần tái bản thứ 12 của quyển "Các nguyên lý của địa chất học". Ông được chôn tại Tu viện Westminster. Lyell được phong tước hiệp sĩ vào năm 1848, và sau đó, vào năm 1864, đã được trao tước vị (Bt), một danh dự có thể được kế thừa. Ông được trao Huân chương Copley của Hội Hoàng gia năm 1858 và Huân chương Wollaston của Hiệp hội Địa chất năm 1866.

Núi Lyell, đỉnh cao nhất trong Vườn Quốc gia Yosemite, được đặt tên theo ông; miệng núi lửa Lyell trên mặt trăng và một miệng núi lửa trên sao Hoả được đặt tên để tôn vinh ông; Núi Lyell ở phía Tây Tasmania, Úc, nằm trong một khu vực khai thác giàu tài nguyên, mang tên Lyell; và Dãy Lyell ở tây bắc Tây Úc cũng được đặt theo tên của ông. Tại Tây Nam Nelson ở Nam đảo New Zealand, dãy Lyell, sông Lyell và thị trấn mỏ vàng Lyell (nay chỉ là một địa điểm cắm trại) được đặt tên theo Lyell. Con cá không-có-hàm Cephalaspis lyelli, lấy từ Vùng Cẩm thạch cổ màu đỏ ở miền nam Scotland, được đặt tên bởi Louis Agassiz để tôn vinh Lyell.