В 1864 году он был награжден орденом почетного легиона. В 1867 году был выбран членом-корреспондентом королевского института английских архитекторов. После завершения строительства Оперы Шарль Гарнье стал одним из видных преподавателей архитектуры, участвовал в государственных комиссиях. В 1874 году избран членом парижской Академии изящных искусств.
Родился и вырос на улице Муффтар (rue Mouffetard, сегодня это 5-й округ Парижа). Его отец, кузнец родом из Сен-Кале (Saint-Calais, деп. Sarthe), имевший собственное предприятие сдачи внаём машин на конной тяге, был женат с 1824 года на Фелиси Колль (Félicie Colle), дочери капитана императорской армии. С 1838 года занимался в школе рисования на ул. Расина (rue Racine). С 1840 года работал в мастерской Ж.А.Левейя (J.-A. Léveil), которая скоро закрылась из-за долгов. Затем подмастерьем у Л.И.Леба (Louis-Hippolyte Lebas) и Ж. Андрэ (Jules André). Позже – чертёжником в мастерской Э.Вьоле-лё-Дюка. В 1842 Гарнье поступил в Школу изящных искусств на улице Бонапарта (rue Bonaparte), где в 1848 году удостоился награды Гран-при-де-Ром (grand prix de Rome). Тема дипломной работы – «Проект консерватории искусств и ремёсел с галерей-выставкой промышленных изделий». С 17 января по 31 декабря 1849 года обучался во Французской академии в Риме, затем длительное время путешествовал по Греции.
После возвращения в Париж Гарнье стал архитектором небольших проектов, возводившихся в короткие сроки. В 1854 году был назначен подинспектором реставрационных работ башни Сен-Жак (Saint-Jacques-la-Boucherie) в Париже; в 1860 г. получил место городского архитектора двух парижских округов. Оставался мало известен до 1861 г., когда выиграл конкурс на проект нового здания Парижской оперы. Проект в стиле эпохи Второй Империи с веяниями римской архитектуры занял пятое место из 171 принимавших участие проектов, в результате чего получил шанс участвовать во втором туре. Гарнье выиграл второй тур, и в мае 1861 года, в возрасте 35 лет, он приступил к возведению новой Парижской оперы. Благодаря громадным капиталам, предоставленным в распоряжение Гарнье, имел возможность использовать для отделки здания редкие и дорогостоящие материалы.
В 1864 году он был награжден орденом почетного легиона. В 1867 году был выбран членом-корреспондентом королевского института английских архитекторов. После завершения строительства Оперы Шарль Гарнье стал одним из видных преподавателей архитектуры, участвовал в государственных комиссиях. В 1874 году избран членом парижской Академии изящных искусств.
Написал множество статей по археологии и архитектуре для различных периодических французских изданий, "Объяснительную записку о храме острова Эгины", а также «Трактат о театре» (Etude sur le thêatre) — книгу, целиком посвященную постройке театров. Написанная им "Новая Парижская опера" (1876-77) подробно передает историю создания и постройки главного детища архитектора.
Похоронен на кладбище Монпарнас.