Шарлотта была единственным ребёнком в семье принца Уэльского (будущего короля Великобритании Георга IV) и Каролины Брауншвейгской. Вскоре после рождения и распада брака родителей она была отделена от матери. С 1811 года, когда её дед Георг III психически заболел, а отец стал принцем-регентом, 15-летняя Шарлотта фактически стала наследницей первой очереди. Принцесса конфликтовала с отцом и поддерживала партию вигов. На будущее царствование Шарлотты возлагал надежды Наполеон I, до смерти принцессы надеявшийся, что она сможет «призвать» его с острова Святой Елены.
В 1813 году Шарлотту собирались выдать за Виллема Нассау-Оранского, но спустя год она разорвала помолвку.
2 мая 1816 года Шарлотта вышла замуж за принца Леопольда Саксен-Кобургского, ставшего впоследствии королём бельгийцев Леопольдом I. При браке принц-регент объявил, что его зять получит титул герцога Кендал (соответственно Шарлотта стала бы герцогиней Кендал), однако не успел оформить это присвоение. Принцесса Шарлотта Августа умерла 6 ноября 1817 года, ещё при жизни отца и деда, на следующий день после родов (мальчик родился мёртвым).
Принцесса Шарлотта похоронена в королевской усыпальнице часовни Св. Георга в Виндзорском замке.
Смерть Шарлотты, единственной законной внучки Георга III, поставила под угрозу выживание династии. В 1817—1819 гг. сразу несколько её дядей, сыновей Георга III, обзавелись законными семьями с целью продолжения рода; в одном из этих браков родилась Виктория, ставшая королевой в 1837 году.
