Fils d'un médecin et d'une enseignante, Charles Berling se produit au sein de la troupe de son lycée de Toulon avant de suivre une formation de comédien à l'Insas à Bruxelles. S'il se consacre essentiellement au théâtre dans les années 80 -en particulier dans le cadre du TNS dirigé par Jean-Louis Martinelli-, et fait sa première apparition à l'écran en 1982 dans Meurtres à domicile. Par la suite, on le remarque en fils rongé par le ressentiment dans Petits arrangements avec les morts, premier opus de Pascale Ferran en 1994, et en époux d'Emmanuelle Béart dans Nelly et Monsieur Arnaud, film-testament de Claude Sautet en 1995.
Charles Berling accède à la notoriété en 1996 grâce à son rôle de Marquis candide dans Ridicule de Patrice Leconte, avec à la clé une nomination au César du Meilleur acteur. Héros d'un remake de Jules et Jim pour le petit écran, il est au coeur de deux autres trios amoureux, Love etc. et le corrosif Nettoyage à sec d'Anne Fontaine, dans lequel il campe un mari frustré en 1997. Prof de philo pris de frénésie sexuelle dans L'Ennui de Cédric Kahn en 1998, le fiévreux Berling incarne la même année un des passagers de Ceux qui m'aiment prendront le train, oeuvre polyphonique de Chéreau et passe derrière la caméra (le court métrage La Cloche).
Après avoir prêté ses traîts à Pierre Curie (Les Palmes de M. Schutz), Charles Berling, de plus en plus sollicité, trouve un de ses plus beaux rôles, celui d'un Pasteur charentais, dans un autre film d'époque avec Isabelle Huppert : Les Destinées sentimentales (2000) d'Assayas, qu'il retrouvera sur Demonlover puis L'Heure d'été. Si cet amoureux du verbe s'illustre parfois dans la comédie (Cravate club qu'il joua au théâtre, Père et fils de Boujenah en 2003), il affiche une prédilection pour les personnages ambigus et les univers troubles, comme en témoignent ses prestations dans La Comédie de l'innocence de Ruiz, le thriller Scènes de crimes, Comment j'ai tué mon père, face-à-face glaçant avec Michel Bouquet en 2001 ou encore L'Homme de sa vie, histoire d'un amour homosexuel. Citoyen engagé, Berling apparaît en 2005 dans une fiction sur Ben Barka et apporte son concours à des docus sur le climat (la vf d'Une Vérité qui Dérange) et le sort des clandestins (En terre étrangère, 2009).
En 2010, il est le mari manipulé de Laura Smet dans le thriller de Gabriel Le Bomin: Insoupçonnable,puis en 2011, celui de Valérie Benguigui dans Le Prénom, la comédie française d'Alexandre de La Patellière et de Matthieu Delaporte. Il tourne également sous la férule de Danielle Arbid dans le film contesté au Liban Beyrouth Hotel, en incarnant le rôle de l'avocat français, avant de donner la réplique à son propre fils Emile Berling dans Comme un homme, une adaptation de L'Age bête, le roman de Boileau-Narcejac, par Safy Nebbou. Charles Berling campe la même année le père cool de Pierre Niney dans 20 ans d'écart, la comédie romantique de David Moreau.
