Sophia Charlotte s-a născut pe 19 mai 1744 la Mirow, în Germania, și a fost cea mai mică fiică a ducelui Charles Louis Frederick de Mecklenburg și a soției sale, prințesa Elisabeta Albertina de Saxa-Hildburghausen.
Potrivit rapoartelor diplomatice din momentul logodnei prințesei cu regele George al III-lea, Charlotte primise “o educație mediocră”, deși a luat lecții de botanică, istorie naturală și limbi străine de la tutori privați, dar pregătirea ei temeinică s-a concentrat pe gestionarea gospodăriei și pe religie.
Când regele George al III-lea a urcat pe tronul Marii Britanii la moartea bunicului său, George al II-lea, acesta avea 22 de ani, așa că mama și consilierii lui erau dornici să-l vadă căsătorit, iar prințesa Charlotte de Mecklenburg-Strelitz, care avea 17 ani, a devenit una dintre pretendente.
Regele și-a anunțat Consiliul în iulie 1761 de intenția de a se căsători cu Charlotte, după care un grup numeros de la curtea regală condus de contele Harcourt a plecat în Germania pentru a o aduce pe prințesă în Anglia. Englezii au ajuns la Strelitz pe 14 august 1761 și au semnat contractul de căsătorie. Au urmat trei zile de sărbători publice, iar la 17 august 1761, prințesa și-a întâlnit soțul la Palatul St. James din Londra.
La ora 9 în aceeași seară, după șase ore de la sosirea ei, a fost oficiată cremonia de căsătorie la Capela Regală de către Arhiepiscopul de Canterbury, Thomas Secker.
În ziua nunții, Charlotte nu știa deloc limba engleză, dar a învățat-o rapid, deși vorbea cu un puternic accent german.
La mai puțin de un an de la căsătorie, pe 12 august 1762, regina a născut primul ei copil, pe George, prinț de Wales. Au urmat, pe parcursul mariajului, încă 14 copii, dintre care, cu excepția a doi (Octavius și Alfred), toți ceilalți au supraviețuit până la maturitate.
Palatul St James a funcționat ca reședința oficială a cuplului regal, dar regele cumpărase recent o proprietate din apropiere, Buckingham House, așa că, în jurul 
anului 1762, regele și regina s-au mutat în această reședință care inițial a fost concepută ca un refugiu privat. Majoritatea celor 15 copii ai cuplului regal s-au născut în Buckingham House, deși Palatul St James a rămas reședința regală oficială și ceremonială.
În primii ei ani în Marea Britanie, relația tensionată cu soacra ei, prințesa Augusta, i-a cauzat dificultăți în adaptarea la viața curții britanice. Regina a fost foarte apropiată de doamnele sale de onoare și de guvernantele copiilor, tratându-le cu multă prietenie.
Charlotte a avut o oarecare influență asupra afacerilor politice prin intermediul regelui, dar aceasta a fost discretă și indirectă, fiind interesată în special de problemele germane.
Regina a fost o admiratoare pasionată a muzicii lui George Frideric Händel, iar în aprilie 1764, când Wolfgang Amadeus Mozart, care avea atunci opt ani, a sosit în Marea Britanie împreună cu familia, l-a invitat să cânte la curtea regală. Charlotte a fondat orfelinate și, în 1809, a devenit patroana și finanțatoarea Spitalului General Lying-in, un spital pentru viitoarele mame, care, mai târziu, a fost redenumit Spitalul Reginei și astăzi este numit Spitalul Reginei Charlotte.
Când regele a avut prima sa boală mintală temporară, în 1765, soacra Charlottei și Lordul Bute au intrat în panică. Proiectul de lege privind regența prevedea că, dacă regele ar deveni permanent incapabil să conducă, Charlotte ar trebui să devină regentă, iar soacra ei și Lord Bute s-au opus fără succes acestui aranjament.
Boala fizică și psihică a regelui a reizbucnit în 1788, iar regina a fost îngrozită. Când regele s-a prăbușit într-o noapte, a refuzat să mai rămână singură cu el și a insistat să i se dea propriul dormitor. A urmat o lungă perioadă de timp când ea și fiicele ei au fost separate de rege și au trăit izolate.
În această perioadă a apărut un conflict între regină și fiul ei, George, prințul de Wales, ambii suspectându-se de dorința de a-și asuma regența în cazul în care boala devine permanentă.
În proiectul de lege privind regența din 1789, prințul de Wales a fost declarat regent în cazul în care tatăl său devine permanent nebun, dar tot legea l-a plasat pe rege și pe copiii lui minori sub tutela reginei. Charlotte a folosit această prevedere și i-a refuzat permisiunea fiului său de a-l vedea singur pe rege, chiar și după ce acesta fusese declarat din nou sănătos, în primăvara anului 1789. Regina și George, prințul de Wales, s-au împăcat în cele din urmă, la inițiativa ei, în martie 1791.
Pe măsură ce boala psihică a lui George al III-lea s-a agravat, personalitatea reginei s-a modificat: a dezvoltat un temperament greu de suportat de cei din anturajul ei, a intrat în depresie și nu a mai vrut să apară în public, nici măcar la concertele muzicale pe care le iubea atât de mult, iar
relațiile cu copiii săi adulți au devenit tensionate. Acum se crede că regele a suferit de porfirie, dar la momentul respectiv nu se știa cauza bolii sale. Din 1804, regina Charlotte a dormit într-un dormitor separat, lua mesa separat și evita să-l vadă singură pe soțul ei.
Până în 1788, portretele Charlottei o înfățișează adesea în ipostaze materne cu copiii ei, iar ea pare fericită, însă după îmbolnăvirea soțului ei inclusiv portretele oficiale s-au modificat.
Revoluția franceză din 1789 a adăugat, probabil, un nou motiv de îngrijorare în viața reginei Charlotte. Era apropiată de regina Marie Antoaneta a Franței, cele două aveau o relație strânsă de corespondență, ambele erau pasionate de muzică și de arte. Maria Antoaneta i-a scris reginei 
Charlotte imediat după izbucnirea Revoluției Franceze, iar regina Angliei a organizat imediat o serie de apartamente pentru a fi pregătite în cazul în care curtea regală a Franței ar veni în exil îm Marea Britanie și a fost foarte tulburată când a aflat că suveranii Franței au fost executați.
În 1811 regele George al III-lea a fost plasat permanent sub tutela soției sale, dar aceasta nu l-a putut vizita foarte des din cauza comportamentului lui violent și se pare că după iunie 1812 nu l-a mai văzut deloc.
În timpul regenței fiului ei, regina Charlotte a continuat să-și îndeplinească rolul de primă doamnă în reprezentarea regală, a fost gazdă, alături de fiul ei, la recepțiile oficiale, însă în ultimii ani, a devenit total nepopulară, fiind chiar huiduită pe stradă.
Regina a murit pe 17 noiembrie 1818, la vârsta de 74 de ani, în prezența fiului său cel mare și a fost înmormântată la Capela Sf. James din Castelul Windsor. Soțul ei, care a murit un an mai târziu, nu a fost informat despre dispariția reginei și, probabil, nici nu ar fi înțeles ceea ce i se spune.
Charlotte a fost consoarta cu cea mai lungă domnie din istoria britanică, în total 57 de ani și 70 zile, după prințul Filip, ducele de Edinburgh, care a fost prinț consort timp de 69 de ani.
