查尔斯·霍尔是牧师赫曼·巴赛特·霍尔和索菲洛尼亚·H·布鲁克斯的儿子。他有一个兄弟和三个姐妹，其中有一位幼年夭折了。霍尔全家在1873年搬到俄亥俄州的奥柏林(Oberlin)，查尔斯就读于奥柏林高中。1880年进入奥柏林学院并于5年后获得学士学位。专业是自然科学。在化学教授弗兰克·范宁·杰维特的鼓励下，霍尔成为一名材料学专家。当时让大学生们最感兴趣的，是由于铝价格的昂贵，发现降低制铝成本方法的人，可以一夜暴富。霍尔在自家房子后院里的小木屋进行了长期的实验。
晚年
霍尔对制铝法成功的发现为他一生赢得了22项美国专利，为铝制品发明之首。他成为奥柏林学院的董事会成员。1914年在弗罗里达州去世之前，他都是美国铝业(Alcoa)的副总裁。霍尔去世时单身无子，葬于奥柏林的森林墓地(Woodland Cemetery)。
发明
霍尔始终围绕着戴维提出的熔融解析法进行思考。熔融法需要在较高的温度下把氧化铝融化并从中分离纯铝。霍尔尝试用更简单的方法融化氧化铝。大学毕业后的第一年他开始了第一次实验。他必须自己准备大部分的仪器和化学品，在这时霍尔的姐姐尤利娅资助了他。在他的实验中霍尔发现向氧化铝中添加冰晶石，可以将纯氧化铝熔点的2050°C降低到950°C。因此他发明的基本思路是用电子流通过一个含有氧化铝和冰晶石的电解池，由此可以在蒸馏管的底部一定程度上形成一个铝洼。几年繁复的工作后，霍尔在1886年2月23日得到了他的第一个样本。开始时候他只能制备出球粒状的铝，后来他继续努力，最终得到了铝锭。1886年7月9日霍尔为他的方法申请了第一个专利。在霍尔申请专利几周后，法国人保罗·埃鲁几乎与他同时发现了这个方法。埃鲁在法国也同样申请了专利。两个发明家彼此并不知情，并由此带来了法律上的争端。所幸他们最后和解并联合起来了。这个生产方法晚一些被命名为霍尔-埃鲁法。埃鲁无意在法国实现他伟大发明的经济价值并最终到瑞士与三位实业家合作。