Charlotte war die Tochter des Herzogs Christian von Liegnitz-Brieg-Wohlau (1618–1672) und der Luise von Anhalt-Dessau (1631–1680), Tochter von Fürst Johann Kasimir. Seit 1672/73 war sie, zunächst heimlich, mit Herzog Friedrich von Holstein-Sonderburg-Wiesenburg (1652–1724) verheiratet. Sie gebar ihm 1674 einen Sohn: Leopold (1674–1744). In späteren Jahren lebte sie von ihrem Mann getrennt.
Charlotte war die letzte Herzogin aus dem Geschlecht der Schlesischen Piasten, das im männlichen Stamm bereits mit dem Tod ihres Bruders Georg Wilhelm I. 1675 erlosch.
Nach ihrem Tod wurde ihr Leichnam in der Hedwigskapelle des Klosters Trebnitz bestattet. In der Fürstengruft der Liegnitzer Johanneskirche wird sie in einer Alabasterstatue dargestellt.