Après des études de philosophie à la Sorbonne, Charles Boyer entre au Conservatoire d'art dramatique de Paris en même temps que Pierre Blanchar et Fernand Ledoux. Suite à un remplacement au Théâtre des Champs-Elysées dans Aux jardins de Murcie, il signe un contrat de cinq ans au Théâtre Antoine.
Charles Boyer débute au cinéma grâce à Marcel L'Herbier dans L'Homme du large (1920). Il tourne quelques autres films, mais le muet ne l'attire guère. A l'avènement du parlant, Hollywood fait appel à lui pour doubler les films américains exportés en France. Il passe rapidement du statut de doublure à celui d'acteur et s'impose dans les rôles de séducteurs aux yeux de velours, succédant ainsi à Rudolph Valentino et à Ramon Novarro. Il se fixe définitivement aux Etats-Unis après son mariage avec Pat Peterson en 1934. Il tient les plus grandes actrices d'Hollywood dans ses bras : Marlène Dietrich dans Le Jardin d'Allah (1936) de Richard Boleslawsky, Greta Garbo dans Marie Walewska (1937) de Clarence Brown, Claudette Colbert dans Tovarich (1937) d'Anatole Litvak. Mobilisé en 1939 pour la surveillance des voies ferrées, il demande la permission de retourner à Nice pour continuer le tournage du Corsaire. Au lieu de rejoindre le lieu de tournage, il s'envole pour les Etats-Unis et se fait naturaliser américain en 1942. L'image de french lover occulte trop souvent le comédien. Dans Par la porte d'or (1941) de Mitchell Leisen, Charles Boyer retourne cette image dans le rôle d'un gigolo européen sur le déclin. Il cultive cette ambiguïté avec Hantise (1944) de George Cukor dans le rôle du mari inquiétant ou avec The Thirteen letter (1951) d'Otto Preminger, remake du Corbeau (1943) d'Henri-Georges Clouzot, dans le rôle de l'insoupçonnable auteur de lettres meurtrières. Sa carrière se partage entre les deux côtés de l'Atlantique. Revenu en France, il montre d'autres facettes de sa personnalité, notamment dans Paris brûle-t-il ? (1965) de René Clément et dans Casino royale (1966) de John Huston. A partir des années 1960, il ralentit son activité cinématographique. En 1974, il retrouve une dernière fois Vincente Minnelli et Ingrid Bergman dans Nina (1976).
Courts métrages 1938 | Hollywood Goes to Town | Herman Hoffman |
| 1939 | [Acteurs américains à bord du Normandie et à Paris] | Anonyme |
| 1961 | Son et lumière | Luc Béranger |
Longs métrages| 1942 | Destiny [Destin] | Julien Duvivier, Reginald Le Borg |
| 1942 | Flesh and Fantasy Obsessions | Julien Duvivier |
| 1920 | Homme du large (L') | Marcel L'Herbier |
| 1921 | Chantelouve | Georges Monca, Rose Pansini |
| 1922 | Esclave | Georges Monca |
| 1922 | Grillon du foyer (Le) | Jean Manoussi |
| 1927 | Ronde infernale (La) | Luitz-Morat |
| 1929 | Capitaine Fracasse (Le) | Alberto Cavalcanti |
| 1930 | Barcarolle d'amour | Carl Froelich, Henry Roussell |
| 1930 | Big house | Paul Fejos, George W. Hill |
| 1930 | Magnificent Lie (The) [Le Merveilleux mensonge] | Berthold Viertel |
| 1931 | Procès de Marie Dugan (Le) | Marcel de Sano |
| 1931 | Tumultes | Robert Siodmak |
| 1932 | I.F.1. ne répond plus | Karl Hartl |
| 1932 | Man from Yesterday (The) Le Revenant | Berthold Viertel |
| 1932 | Moi et l'Impératrice | Friedrich Hollaender, Paul Martin |
| 1932 | Red-headed Woman La Belle aux cheveux roux = La Belle aux cheveux rouges = La Beauté du diable | Jack Conway |
| 1933 | Bataille (La) | Nicolas Farkas |
| 1933 | Battle (The) | Nicolas Farkas |
| 1933 | Épervier (L') | Marcel L'Herbier |
| 1933 | Liliom | Fritz Lang |
| 1933 | Only Girl (The) | Friedrich Hollaender |
| 1934 | Bonheur (Le) | Marcel L'Herbier |
| 1934 | Caravan | Erik Charell |
| 1934 | Caravane | Erik Charell |
| 1935 | Break of Hearts Coeurs brisés | Philip Moeller |
| 1935 | Mayerling | Anatole Litvak |
| 1935 | Private Worlds Mondes privés | Gregory La Cava |
| 1935 | Shangai Shangaï | James Flood |
| 1936 | Garden of Allah (The) Le Jardin d'Allah | Richard Boleslawski |
| 1936 | History Is Made at Night Le Destin se joue la nuit | Frank Borzage |
| 1937 | Conquest Marie Walewska | Clarence Brown, Gustav Machatý |
| 1937 | Orage | Marc Allégret |
| 1937 | Tovarich Tovarich = Cette nuit est notre nuit | Anatole Litvak |
| 1938 | Algiers Casbah | John Cromwell |
| 1938 | Love Affair Elle et lui | Leo McCarey |
| 1939 | When Tomorrow Comes Veillée d'amour | John M. Stahl |
| 1940 | All This and Heaven too L'Etrangère | Anatole Litvak |
| 1940 | Back Street Back Street = Histoire d'un amour = La Rue oubliée | Robert Stevenson |
| 1941 | Appointment for Love Rendez-vous d'amour | William A. Seiter |
| 1941 | Hold Back the Dawn Par la porte d'or | Mitchell Leisen |
| 1941 | Tales of Manhattan Six destins | Julien Duvivier |
| 1942 | Constant Nymph (The) Tessa, la nymphe au coeur fidèle | Edmund Goulding |
| 1942 | Flesh and Fantasy Obsessions | Julien Duvivier |
| 1943 | Gaslight Hantise | George Cukor |
| 1943 | Know Your Ally : The Battle of Russia Pourquoi nous combattons : La Bataille de Russie | Anatole Litvak |
| 1944 | Fighting Lady (The) Le Combattant | Edward Steichen, William Wyler |
| 1944 | Together Again Coups de foudre = Nous deux | Charles Vidor |
| 1945 | Cluny Brown La Folle ingénue | Ernst Lubitsch |
| 1945 | Confidential Agent Agent secret | Herman Shumlin |
| 1946 | Arch of Triumph Arc de Triomphe | Lewis Milestone |
| 1947 | A Woman's Vengeance Vengeance de femme | Zoltan Korda |
| 1950 | First Legion (The) La Première légion | Douglas Sirk |
| 1950 | Thirteenth Letter (The) [La Treizième lettre] | Otto Preminger |
| 1951 | Thunder in the East Tonnerre sur le temple | Charles Vidor |
| 1952 | Happy Time (The) Sacré printemps | Richard Fleischer |
| 1953 | Boum sur Paris | Maurice de Canonge |
| 1953 | Madame de... | Max Ophuls |
| 1954 | Cobweb (The) La Toile d'araignée | Vincente Minnelli |
| 1954 | Nana | Christian-Jaque |
| 1955 | Around the World in Eighty Days Le Tour du monde en quatre-vingts jours | Michael Anderson |
| 1955 | Fortuna di essere donna (La) Chance d'être femme | Alessandro Blasetti |
| 1956 | Paris Palace Hôtel | Henri Verneuil |
| 1957 | Buccaneer (The) Les Boucaniers | Anthony Quinn |
| 1957 | Une parisienne | Michel Boisrond |
| 1958 | Maxime | Henri Verneuil |
| 1960 | Fanny | Joshua Logan |
| 1960 | Four Horsemen of the Apocalypse (The) Les Quatre cavaliers de l'Apocalypse | Vincente Minnelli |
| 1961 | Démons de minuit (Les) | Charles Gérard, Marc Allégret |
| 1961 | Julia, du bist zauberhaft Adorable Julia | Alfred Weidenmann |
| 1962 | Love Is a Ball Le Grand duc et l'héritière | David Swift |
| 1964 | A Very Special Favor Le Coup de l'oreiller | Michael Gordon |
| 1965 | How to Steal a Million Comment voler un million de dollars | William Wyler |
| 1965 | Paris brûle-t-il ? | René Clément |
| 1966 | Barefoot in the Park Pieds nus dans le parc | Gene Saks |
| 1966 | Casino Royale | John Huston, Ken Hughes, Robert Parrish, [etc.] |
| 1967 | Rouble à deux faces (Le) | Etienne Périer |
| 1968 | April Fools (The) Folies d'avril | Stuart Rosenberg |
| 1968 | Madwoman of Chaillot (The) La Folle de Chaillot | Bryan Forbes |
| 1972 | Lost Horizon Les Horizons perdus | Charles Jarrott |
| 1973 | Stavisky... | Alain Resnais |
| 1975 | A Matter of Time [Nina] | Vincente Minnelli |