貝爾的父親和外祖父都是牧師，家裡共有六個孩子。他的哥哥約翰也是位著名的外科醫生和解剖學家。他的另一個兄弟喬治•約瑟夫（George Joseph）是愛丁堡大學的蘇格蘭法教授。貝爾是個頗具天賦的藝術家，當他還在愛丁堡學習解剖學和醫學的時候就為1798年出版的作品《解剖系統》（“A System of Dissections” ）配畫了插圖。1802年，他在愛丁堡醫院做外科手術助理時，發表了一系列腦和神經系統的版畫。兩年後，貝爾和他的兄弟約翰合著《人體解剖學和生理學》（Anatomy and Physiology of the Human Body）對神經系統進行描述，許多的續版都包含他們撰述的版本。
1799年，貝爾成為愛丁堡外科醫生學院的研究員。此後，他又成為愛丁堡醫院的外科手術助理。因為在那裡提高專業的可能性不大，因此1804年秋，在和既是兄弟、知己，有是主要通信人的哥哥喬治商量後，貝爾決定離開蘇格蘭前往倫敦。由於他出版的書籍，貝爾當時早已是醫學界的知名人士。因此來到倫敦後，那裡的著名外科醫生和內科醫生們熱情地款待並接納了他。然而，他還是不確定在倫敦他是否可以事業有成。儘管存在事業和經濟上的擔憂，貝爾還是充分利用了倫敦的文化成果。
1806年，經美國裔皇家藝術院主席班傑明•韋斯特（Benjamin West）推薦，貝爾的論文《論繪畫中的表情解構》（Essays on the Anatomy of Expression in Painting）問世。這本書本來只是想利用他對解剖學的理解給藝術家們提供指導，沒想到卻贏得更廣泛的讀者群，連女王都是這本書的讀者之一。通過他自繪的引人注目的插圖和淺顯易懂的文字描述，貝爾分析了面部情緒的表露和肌肉之間的關係。貝爾在書中還批評了藝術的情感表現不準確的缺點，是藝術史上的經典之作。有一段時間，貝爾靠給藝術家們進行講座，給醫學學生授課為生。
在1807年11月寫給他的兄弟喬治的一封信中，貝爾描述了他對人腦解剖令人興奮的研究。四年以後，他發表了一篇名為《愛丁堡皇家學會成員查爾斯•貝爾寫給朋友的評論：新腦部解剖思想》的論文，這篇論文標誌著貝爾作為一名開創性的神經學者的初次亮相。貝爾在文中聲稱脊髓神經的前部，即脊神經前根的功能和其後根是不一樣的。儘管貝爾將脊神經前後根的功能顛倒了，法國生理學家馬讓迪（Magen die）卻在1822年就已經準確報導了脊神經前根起原動力作用，而後根起感知作用的原理－即後來的“貝爾-馬讓迪法則” 。
拿破崙戰爭期間，貝爾有機會將外科專業知識付諸實踐。1809年1月16日，西班牙北部小鎮拉科魯尼亞外戰火不斷，漢普郡格斯波特市的哈斯拉皇家醫院輔助軍隊救助在戰鬥中受傷的軍人。貝爾救治了約翰•摩爾（John Moore）爵士部隊中的很多傷員。1815年夏，貝爾又前往布魯塞爾救治滑鐵盧戰役中的傷員。滑鐵盧戰役中，惠靈頓公爵統帥下的聯軍果斷地擊敗了拿破崙。除了外科手術用具，貝爾還帶上了他的寫生簿。他的水彩畫中有很多引人注目的畫作，畫中有因槍傷造成骨折而忍受折磨的士兵。
1812年，也就是他的首部腦解剖論文發表的第二年，貝爾加入倫敦米德爾賽克斯醫院從事教職工作。他的教學方法是在學生面前徹底地，不出聲地檢查每個病人，然後離開病床，提出他的診斷、預測和治療意見。1824年，他成為英國倫敦皇家外科手術學院（ Royal College of Surgeons）解剖學和外科手術教授，四年後又被任命為倫敦大學醫學院院長。
19世紀20年代，貝爾繼續從事神經系統的研究。他意識到自己所做的重要貢獻－在1821年寫給他兄弟的一封信中，他把自己的研究和威廉•哈維（William Harvey）的血液循環的發現相提並論－剛好證明了這一點。除了向英國皇家學會（Royal Society）遞交一系列有關他的發現的論文外，他還把這些論文稍作修訂後在1830年的書卷《人體的神經系統》(The Nervous System of the Human body）中出版。他所報告的發現中有一個和叫做貝氏癱瘓的疾病有關。貝爾發現，這種面部的半邊癱瘓由第七根面神經的損傷造成。這和已他的名字命名－用來支持胸腔壁內肌肉的貝氏胸神經不同。在榮獲皇家學會科學發現金獎的兩年後，神經功能的發現又使貝爾在1831年被封為爵士。
除了神經系統的研究，貝爾還發表了一些有關外科手術的書，包括《大手術實例》（Illustrations of Great Operations）（1821）。但是，單憑他的外科手術能力是不足以確保他在醫學史上的地位的。1832年，他寫了一篇有關發聲器官的論文，1833年又寫了一篇有關手的構造的專題論文，並且他自己為論文配製了插圖。他還寫了一本大眾讀物《漫談五官感覺》（A Familiar treatise on the Five Senses）。
儘管在倫敦期間貝爾頗為多產，但在1836年，他還是接受了愛丁堡大學外科手術主席這一職位。1824年，他患上了心絞痛。同年4月，在出訪伍斯特市附近的萬聖公園時，貝爾因心絞痛死亡。1870年，他的遺孀出版了他和他的兄弟喬治的通信選集。
