Charlotte Lucy Gainsbourg (ur. 21 lipca 1971 w Londynie) – brytyjsko-francuska aktorka i piosenkarka.
Jest córką Jane Birkin, brytyjskiej aktorki i piosenkarki, i Serge’a Gainsbourga, francuskiego piosenkarza, aktora i reżysera. Jej babką ze strony matki była aktorka Judy Campbell, a wujem jest scenarzysta Andrew Birkin. Dzieciństwo spędziła w Paryżu, gdzie ukończyła École Active Bilingue Jeannine Manuel. Studiowała w Collège Alpin International Beau Soleil w Szwajcarii.
Nad rozwojem jej kariery od samego początku czuwali jej rodzice. W wieku 13 lat zadebiutowała w roli Charlotte Marker, córki Margaux (Catherine Deneuve) w dramacie kanadyjskim Słowa i muzyka (Paroles et musique, 1984) u boku Christophera Lamberta i Richarda Anconiny. Jacques Doillon zaangażował ją do roli dziecka w melodramacie La Tentation d'Isabelle (1985) z Jacques’em Bonnaffé i Xavierem Deluc. W 1986 mając 15 lat zdobyła Cezara w kategorii „Najbardziej obiecująca aktorka” za rolę Charlotte Castang w adaptacji powieści Carson McCullers Złośnica (L'effrontée, 1985). Zagrała także w filmie wyreżyserowanym przez swojego ojca Charlotte for Ever (1986), a na planie dramatu Agnès Vardy Kung - fu master (1988) jako Lucy partnerowała swojej matce. Za postać 16-letniej Janine Castang w dramacie Mała złodziejka (La Petite Voleuse, 1988) z Simonem de La Brosse i Nathalie Cardone była nominowana do Cezara.