Le 25 mai 2017, Charlotte Bonnet remporte la finale du 200 m nage libre avec un temps de 1 min 55 s 80, troisième meilleure marque mondiale de l'année. Aux Mondiaux de Budapest, elle est éliminée en demi-finale du 100 m nage libre, terminant de sa demi en 53 s 77, loin derrière Sarah Sjöström et ses 52 s 44. En finale du 200 m nage libre, elle termine en 1 min 56 s 62. Lors des Championnats d'Europe en petit bassin 2017, elle remporte le titre sur sa distance fétiche, le 200 m nage libre. Peu avant, aux Championnats de France en petit bassin, Charlotte Bonnet remporte deux titres lors de la première journée, en battant le record de France du 100 m nage libre en 52 s 04 (l'ancienne marque de 52 s 41 avait été établie par Camille Muffat en 2010).