Charmian Anne Farnon, connue sous le nom de scène de Charmian Carr, naît le 27 décembre 1942 à Chicago, dans l'Illinois. Ses parents travaillent dans le milieu du spectacle : sa mère, Rita Oehmen, est actrice de vaudeville, et son père, Brian Farnon, est un chef d'orchestre et musicien reconnu.

Pendant son enfance, la famille déménage en Californie et s'installe à San Fernando Valley. La jeune fille grandit entourée de ses deux sœurs, Sharon et Darleen, qui feront elles aussi carrière dans l'industrie du divertissement et de la comédie.

Bien qu'elle étudie le dessin de mode et travaille comme assistante chez un médecin, sa vie bascule lorsqu'elle passe une audition sans grande conviction pour un projet cinématographique majeur. Le réalisateur Robert Wise la choisit parmi des centaines de candidates pour jouer dans l'adaptation cinématographique d'une comédie musicale emblématique.

À cette occasion, le réalisateur lui suggère d'adopter un nom plus court et percutant que son patronyme de naissance. Elle choisit ainsi le pseudonyme professionnel de Charmian Carr, marquant le début officiel de sa carrière d'actrice.

En 1965, elle décroche le rôle le plus marquant de sa vie, celui de Liesl von Trapp, l'aînée des sept enfants de la famille von Trapp dans le film mythique La Mélodie du bonheur. Sa prestation et son interprétation de la chanson Sixteen Going on Seventeen lui apportent une renommée mondiale immédiate.

Après ce succès retentissant, elle apparaît aux côtés d'Anthony Perkins dans le téléfilm musical Evening Primrose en 1966. Cependant, attirée par d'autres projets personnels et souhaitant s'éloigner de la pression d'Hollywood, elle décide de mettre un terme à sa carrière de comédienne peu de temps après.

Elle se reconvertit avec succès dans la décoration d'intérieur en fondant sa propre entreprise, Charmian Carr Designs, basée en Californie. Parmi ses clients célèbres figure notamment le chanteur Michael Jackson, qui était un admirateur passionné de La Mélodie du bonheur et avec qui elle noue une relation professionnelle et d'amitié durable.

Elle consacre également une partie de sa vie à célébrer l'héritage du film qui l'a rendue célèbre en écrivant deux livres, Forever Liesl et Letters to Liesl, et en participant à de nombreux rassemblements et hommages auprès des fans à travers le monde.

Atteinte d'une forme rare de démence progressive, Charmian Carr s'éteint le 17 septembre 2016 à Los Angeles, en Californie, à l'âge de 73 ans. Elle a été incinérée et ses cendres ont été remises à sa famille dans l'intimité, ne reposant pas dans une tombe publique. En guise d'hommage permanent, une plaque commémorative a été inaugurée en 2017 près du pavillon du château de Hellbrunn à Salzbourg, en Autriche, lieu emblématique où a été tournée sa célèbre scène de danse.