2.5.1806 Chevilly, 5.5.1874 Paris, reformiert, von Chevilly. Sohn des Charles-Alexandre-Gabriel, Landwirts, und der Susanne Huguenin, von La Sarraz. Ledig. 1816 wurde Charles Gleyre als Waise zu seinem Onkel François nach Lyon geschickt. Dort erhielt er an der Ecole Saint-Pierre bei Claude Bonnefond seinen ersten Kunstunterricht. 1825 besuchte er die Ecole des Beaux-Arts in Paris, anschliessend das Atelier von Louis Hersent. 1828 unternahm er eine Reise nach Italien. Dabei begegnete er 1834 John Lowell, einem reichen amerikanischen Industriellen, der ihn als Zeichner für eine Weltreise engagierte. 1835 bereisten sie Ägypten und Nubien, doch musste Gleyre infolge einer Krankheit seinen Arbeitgeber in Khartum verlassen. Krank und beinahe blind, hielt er sich ein Jahr lang in Ägypten und im Libanon auf. 1838 kehrte er mit Hunderten von Zeichnungen und Aquarellen im Gepäck nach Paris zurück. Nachdem er sich in seinem Pariser Atelier eingerichtet hatte, erhielt er seine ersten Aufträge, insbesondere Mauerfresken im Schloss Dampierre (Ile-de-France), die später auf Anordnung des Malers Jean Auguste Dominique Ingres entfernt wurden. 1843 erlebte er mit seinem Meisterwerk «Les illusions perdues» (Sammlung Musée du Louvre) einen unbestrittenen Erfolg.
Gleyre übernahm das Atelier von Paul Delaroche in Paris, das er während mehr als zwei Jahrzehnten leitete. Hier bildeten sich zwei Generationen von Schweizer Künstlern aus, unter anderen Albert Anker, François Bocion, Albert de Meuron, Jean-Paul Milliet und Edmond de Pury. In den 1860er Jahren besuchten auch die jungen französischen Impressionisten Auguste Renoir, Alfred Sisley, Frédéric Jean Bazille und Claude Monet das Atelier. 1845 erhielt Gleyre vom Lausanner Kunstschaffenden Marc-Louis Arlaud den Auftrag, das Werk «Le Major Davel» (1850 fertig gestellt, 1980 zerstört) zu malen, das während einer Ausstellung in Lausanne grosses Aufsehen erregte. Diesem Auftrag folgte ein zweiter, das 1858 vollendete Gemälde «Les Romains passant sous le Joug», dem ebenfalls beachtlicher Erfolg zuteil wurde. Ein dritter Auftrag aus dem Waadtland blieb hingegen unausgeführt. Gleyre malte auch Porträts von verschiedenen waadtländischen Persönlichkeiten, unter anderem von Juste Olivier, Louis Vulliemin, Victor Ruffy, William Haldimand, Emmanuel-Vincent Dubochet, Louis Ormond und Jean-Jacques Mercier. Von 1849 an nahm er nicht mehr an den Pariser Salons teil, als Zeichen seiner Missbilligung der Regierung Napoleons III. In der Schweiz stellte er aber weiterhin aus. An der Pariser Weltausstellung von 1867 organisierte er den Schweizer Pavillon. Während des Deutsch-Französischen Krieges (1870-1871) floh Gleyre zuerst nach Fleurier zu seinen Freunden Charles Clément und Fritz Berthoud, dann nach Lausanne.