Младший сын известного астронома графа Уильяма Парсонса. Получил домашнее образование в духе, поощрявшем инновации и практические навыки. Его частный репетитор — учёный сэр Роберт Болл. Парсонс с ранних лет проявлял большой интерес к технике. На семейной яхте путешествовал вдоль побережья Англии и северной Испании.
В 1871—1872 годах учится в колледже Тринити в Дублине и получает премию за математические способности. В 1873—1876 годах учится в колледже Сент-Джона Кембриджского университета; член гребного клуба при университете; получает математическую степень. Знакомые характеризуют его как человека с сильным характером, эксцентричного, неортодоксального, застенчивого и скромного, с хорошим чувством юмора.
С 1877 года работал на заводе Armstrong Whitworth. Стал «премиум»-учеником (обычно ведущем к управленческой карьере). Чтобы получить эту должность он заплатил ? 500. Переводится в Kitson & Co. в Йоркшире.
В январе 1883 году женится на Кэтрин Бэзел (англ. Katherine Bethell)
В 1884—1889 годах партнёр Armstrong Whitworth.
Переводится в компанию Clarke Chapman, став младшим партнером и руководителем электрического отдела производства судового оборудования.
Изобретает многоступенчатую реактивную паровую турбину, получает в апреле на неё патент и сразу же использует этот двигатель в вместе с электро-генератором собственной конструкции.
В 1886 году разрабатывает дешевый метод производства прожекторов.
В 1889 году основал с друзьями в Хитоне фирму C. A. Parsons and Company для производству паровых турбин своей системы, динамомашин и др. электрического оборудования. Вынужден использовать менее эффективную конструкцию, ведя борьбу за патентные права с Clarke Chapman. В 1894 году возвращает патент себе.
В 1893 году строит небольшой, легкий, паровой двигатель, который использовал в вертолёте и в планере. Вертолет поднимается на несколько ярдов и, а планер летит около 100 ярдов на высоте 20 футов.
Его новая компания делает большие успехи в разработке и поставке турбогенераторов на электростанциях по всему миру.
В 1894 году вместе с друзьями основывает Marine Steam Turbine Company и получает патенты для их морского применения. Миноносец Turbinia заложен 2 августа.
В 1897 году Turbinia делает блистательный выход на мировую сцену, показав высокую скорость на Бриллиантовом юбилее флота королевы Виктории в Спитхеде.
В 1898 году основывает Turbinia Works в Уолсенд (Wallsend).
В 1898 году становится членом Лондонского королевского общества.
В 1899 году Королевский флот Великобритании принимает в эксплуатацию опытные мминоносцы HMS Viper и HМS Cobra. На обеих кораблях установлены турбины конструкции Парсонса.
Примерно в 1900 году экспериментирует с усилением звука и завершает это первым устройством для усиления музыки, за 20 лет до создания электрического усилителя. Однако, результат неоднозначен. Одна из реакций на это была: «Вы слышали оксетофон (auxetophone)? Надеюсь, нет! Потребуются все турбины мистера Парсонса, чтобы убрать многострадальное человечество за пределы слышимости его дьявольского изобретения» («All Mr. Parsons' turbines will be wanted to take long-suffering humanity out of earshot of his diabolical invention»).
В 1900 году на Всемирной выставке в Париже катер «Турбиния» (Turbinia) демонстрирует высокую скорость на Сене. После разборки «Турбинию» выставляют в Музее науки в Лондоне (Science Museum).
В 1901 году заложено первое пассажирское судно с паровой турбиной King Edward.
В 1902 году Королевский флот запускает в эксплуатацию эсминец HMS Velox оснащённый турбиной. Потрачено более ?30 000 и 25 лет в попытке создать методы производства искусственных алмазов, которые успешно применяются сейчас. Хотя после «нескольких тысяч экспериментов, и гораздо большего времени на анализы» ему пришлось признать свое поражение при производстве собственных алмазов. Получает медаль Румфорда Rumford Medal от Лондонского королевского общества.
В 1905—1906 годах президент орг. Общество морских инженеров-механиков.
В 1909 году переоборудует грузовой лайнер «Веспасиан» Vespasian турбинными двигателями и получает успешный результат.
В 1911 году получает рыцарское звание.
В 1921 году покупает Derby Glassworks и делает значительные улучшения в производстве оптического стекла.
В 1925 году покупает Sir Howard Grubb's company и занимается бизнесом астрономических телескопов. Его прототип лёгкий honey-comb опто-зеркальный fore-shadow восполняет нужды астрономов.
В 1927 году награждён орденом «За заслуги». В 1931 году избран иностранным членом-корреспондентом АН СССР.
1931 году 11 февраля после болезни на Ямайке, сэр Чарльз умирает на борту лайнера «Герцогиня Ричмонд» (Duchess of Richmond). Леди Парсонс умирает у себя дома 16 октября 1933 года.
В 1961 году Turbinia перестроена и выставлен на обозрение в Ньюкасле. В 1983—1996 годах Turbinia восстанавливается и выставляется в специальной галерее музея Newcastle's Discovery Museum.