Charles Munch wurde 1891 im damals zum deutschen Reich gehörenden Straßburg geboren, wo sein Vater Ernst Münch Orgellehrer am Konservatorium war ; einer seiner sein Onkel war Albert Schweitzer. Sein Vater gab ihm schon im Kindesalter Geigenunterricht, den er später bei Carl Flesch in Berlin und bei Lucien Capet am Konservatorium von Paris fortsetzte.

Im Ersten Weltkrieg wurde er als Elsässer zur kaiserlich-deutschen Armee eingezogen. Vor Péronne geriet er in einen Gasangriff und vor Verdun wurde er verwundet.

1920 wurde er am Konservatorium von Straßburg, das zu jener Zeit von Guy Ropartz geleitet wurde, Professor für Violine. Von 1926 bis 1933 war er Konzertmeister des von Wilhelm Furtwängler und Bruno Walter dirigierten Leipziger Gewandhausorchesters.

1933 heiratete er Geneviève Maury, eine Enkelin eines der Gründer des Nestlé-Konzerns, und machte in Paris Karriere als Chef des Orchestre Lamoureux, des Nouvelle Orchestre de Paris und der Société Philharmonique de Paris. Mehrere Komponisten, deren Werke er dirigierte, wurden seine persönlichen Freunde, darunter Arthur Honegger, Albert Roussel, Francis Poulenc und Florent Schmidt.

Von 1937 bis 1945 leitete er das Orchester des Konservatoriums von Paris, lehnte es aber aus politischen Gründen ab, Ein großer französischer Dirigent deutscher Komponisten aufzuführen. Viele seiner Musiker brachte er vor einer drohenden Deportation in Sicherheit. Dafür wurde er 1945 in die Ehrenlegion aufgenommen.

1946 begann seine Karriere in den USA, wo er dreizehn Jahre lang dem Boston Symphony Orchestra als Musikdirektor vorstand. Mit diesem Orchester machte er die Ein großer französischer Dirigent  von Debussy und Ravel in Amerika bekannt. Als leidenschaftlicher Bewunderer der Musik von Hector Berlioz studierte er zahlreiche seiner Werke ein.

1963 kehrte Charles Munch nach Frankreich zurück, wo er die Leitung der École Normale de Musique [Pädagogische Hochschule für Musik] übernahm und auf Anregung des damaligen Kultusministers André Malraux aus dem Orchestre de Paris das allererste Ensemble machte, dessen Mitglieder in Festanstellung und Vollzeit arbeiteten. An der Spitze dieses Orchesters starb er 1968 während einer Tournee durch die USA an einem Herzinfarkt.