Чарльз Ханнэм родился в Ньюкасл-апон-Тайне 10 апреля 1980 года. Его отец, Уильям «Билли» Ханнэм (1952—2013), был торговцем металлоломом, он ушел от семьи, когда Чарли было 2 года, а мать, Джейн Белл, балериной и владелицей собственного бизнеса. По словам Чарли, его мать отлично справилась с ролью матери-одиночки. У Чарли есть старший брат Уильям и два младших брата, Оливер и Кристиан. В 12 лет, когда его мать вышла замуж, он переехал в деревню Мелмерби, Камбрия. Одна из его бабушек рисовала портреты.
Ханнэм страдает от мизофобии, боязни микробов и грязи. В юности он играл в регби и дрался с одноклассниками, поэтому его исключили из школы Queen Elizabeth Grammar School в Пенрите, Камбрия, из-за чего ему пришлось сдавать экзамены на дому. После этого он поступил в Камбрейский колледж искусств и дизайна в Карлайле (в настоящее время является частью университета Камбрии), где получил степень по теории и истории кино, планируя в дальнейшем создавать собственные фильмы.