Entrée à la Comédie-Française en 1690 ; débuts officiels en 1698 ; sociétaire en 1699 ; retraitée en 1721.

Fille de Nicolas Desmares, née à Copenhague, où elle est tenue sur les fonts baptismaux par le roi et la reine de Danemark, elle débute à Paris, enfant, sous le nom de Lolotte, sous l'égide de son père et de sa tante, la Champmeslé, qui la forme pour le théâtre. Mademoiselle Champmeslé meurt en 1698, après avoir créé le rôle d'Iphigénie dans Oreste et Pylade de La Grange Chancel, sa maladie interrompant les représentations. Charlotte Desmares n'hésite pas à débuter dans le rôle créé par sa tante et y remporte un énorme succès qui la place d'emblée au premier rang des « princesses de tragédie ». Elle joue aussi les amoureuses de comédie. Sa prestation dans Psyché, à la reprise de 1703, confirme la variété de ses dons. Sa gaieté naturelle et son esprit font alors qu'on lui attribue en plus les rôles de soubrettes que joue encore Mademoiselle Beauval. Celle-ci se retire, laissant la place à sa jeune rivale qui triomphe aussi bien dans la tragédie que dans la comédie. Citons, parmi ses rôles tragiques, Athalie en 1716, la Jocaste de l'Œdipe de Voltaire en 1718 et bien d'autres tragédies oubliées. Elle crée la Lisette du Légataire universel de Regnard, Nérine du Curieux impertinent de Destouches et celle de la Réconciliation normande de Dufresny. Elle donne au joli personnage de Colette, dans Les Trois Cousines de Dancourt, une gaieté qui la fait adorer du public.

À trente-huit ans, elle décide de se retirer, laissant pour héritage à la Comédie sa jeune nièce Dangeville, qu'elle a formée comme sa tante l'avait instruite elle-même. Elle ne se produit plus désormais que très rarement en privé et ne reparaît plus sur un théâtre public. Elle meurt en 1753, à l'âge de 71 ans.