Dzimis zemnieku ģimenē. Pēc tēva nāves 1873. gadā ģimene pārcēlās uz Mančestru. Mācījies Mančestras Universitātē, iesākumā bioloģiju, vēlāk ieinteresējoties par fiziku. Turpināja studijas Kembridžas Universitātē, apgūstot fiziku un ķīmiju. Padziļināti apguva meteoroloģiju, sevišķi pievēršoties mākoņu veidošanās mehānismiem. Veicot eksperimentus par mākoņu veidošanos Kembridžas Universitātes laboratorijās un pētot jonu un radiācijas ietekmi, izveidoja Vilsona kameru, kura bija viena no pirmajām ierīcēm lādētu daļiņu reģistrācijai.
Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Čārlzs Vilsons.