O Charlton foi fundado em 9 de junho de 1905 por um grupo de jovens jogadores da East Street, em Charlton, e só virou profissional em 1920. Depois de temporadas em ligas locais, foi convidado a entrar na recém-criada Terceira Divisão Sul da Football League em 1921, e venceu a estreia diante do Exeter City por 1 a 0.
A década de 1930 e 1940 foi o auge do clube. Campeão da Terceira Divisão Sul em 1928-29 e 1934-35, subiu à Segunda Divisão em 1935-36 e terminou vice-campeão da elite inglesa na temporada seguinte, o melhor resultado de liga da história. Perdeu a final da Copa da Inglaterra de 1946 para o Derby County e devolveu o favor um ano depois, batendo o Burnley por 1 a 0 na final de 1947, o único título de copa nacional do clube.
A saída de Jimmy Seed em 1956, depois de 23 anos no comando, coincidiu com o início de um período de instabilidade que levou a sucessivos rebaixamentos e acessos entre as divisões inferiores ao longo das décadas seguintes, incluindo duas passagens jogando fora de Londres, no The Mount de Catford em 1923-24 e dividindo Selhurst Park com o Crystal Palace entre 1985 e 1991 por problemas financeiros e de segurança do estádio.
Depois de voltar ao The Valley em 1992, o clube teve duas passagens pela Premier League, entre 1998-2007, mas nunca mais chegou perto da campanha de 1936-37. O título da League One em 2011-12, com 101 pontos, foi a maior marca do clube no século 21, e a subida via playoff de 2025 devolveu o Charlton à Championship depois de anos indo e voltando entre a terceira e a quarta divisão.
A base é o outro motor do clube, e virou fábrica de exportação para os grandes havia décadas. Scott Parker estreou em 1997 aos dezesseis anos e saiu para o Chelsea por 10 milhões de libras em 2004. Jonjo Shelvey se tornou o jogador mais jovem da história do clube aos 16 anos e 59 dias em 2008 e o artilheiro mais jovem da história 54 dias depois, antes de sair para o Liverpool. Joe Gomez subiu ao sub-18 aos 13 anos, estreou no profissional aos 17 e foi vendido ao Liverpool por 3,5 milhões de libras menos de um ano depois. Ademola Lookman chegou à base aos 16, saiu ao Everton em 2017 pelo maior valor já pago por um jogador da League One e hoje joga pela seleção da Nigéria, depois de passagens por RB Leipzig e Atalanta. É a mesma base que revelou Miles Leaburn, artilheiro do elenco atual.