Charlie Sheen nació en Nueva York, Estados Unidos, el 3 de septiembre de 1965. Su verdadero nombre es Carlos Irwin Estévez, es el tercero de cuatro hijos, y sus padres son los actores Janet Templeton y Ramón Antonio Estévez, mejor conocido como Martín Sheen.
Charlie nació con el síndrome del bebé azul, el cual es una condición que causa cianosis, una coloración azulada en la piel y uñas, que se da por la concentración de hemoglobina sin oxígeno en los vasos sanguíneos. Por ello, el actor necesitó atención médica de inmediato.
Luego de que su padre actuara en Broadway en una obra que le dio la fama para comenzar sus pasos en el cine y la televisión, la familia se mudó a Malibú en California, Estados Unidos.
Desde muy pequeño Charlie mostró agrado por pertenecer al mundo de la actuación. En 1974 tuvo su primera oportunidad, al realizar un papel junto a su padre en The Execution of Private Slovik, una película de televisión.
En 1979 la familia Sheen se mudó nuevamente, esta vez a Filipinas, debido a que Martín iba a realizar la película Apocalypse Now, producida por Francis Ford Coppola, la cual una vez terminada llevó al padre de Charlie a un estado tal que le causó un ataque cardíaco. Afortunadamente pudo recuperarse y se instauraron nuevamente en California.
Charlie inició sus estudios en la Santa Mónica High School, donde se convirtió en el lanzador y campocorto estrella del equipo de béisbol, sin dejar a un lado su interés por la actuación. Sin embargo, fue expulsado de la escuela por mala conducta.
Fue allí cuando la única salida que encontró fue la actuación, por lo que esperaba que el apellido de su padre lo ayudara un poco a entrar a ese mundo. Entonces, tomó la decisión de cambiar su nombre y pasó de ser Carlos Irwin Estévez a Charlie Sheen.
A partir de ese momento comenzó a asistir a varias audiciones y en 1984 consiguió un papel en la película Amanecer rojo, la cual trataba sobre la guerra fría. El film, donde Charlie interpretó a un estudiante que se convirtió en guerrillero, fue todo un éxito y logró recaudar más de 42 millones de dólares.
Su segundo gran éxito fue en el año 1986, cuando interpretó a un popular deportista en la película Lucas. Charlie dejó encantado a la crítica, quienes consideraron que su actuación se había robado el show.