Titulaire d’un baccalauréat et d’une maîtrise en physique de l’Université d’Ottawa, Sylvain Charbonneau obtient en 1988 un doctorat en photonique–physique des semi-conducteurs de l’Université Simon Fraser, en Colombie-Britannique. En octobre 1988, il entre à l’Institut des sciences des microstructures du Conseil national de recherches du Canada (ISM-CNRC). De 1998 à janvier 2000, il est directeur des technologies des composants à l’ISM-CNRC et assume la responsabilité de la gestion de 160 ETP de l’ISM. Fin 2000, M. Charbonneau fonde avec trois de ses collègues Optenia Inc., une société dérivée du CNRC qui œuvre dans les technologies des communications. En 2002, il retourne à l’ISM-CNRC. En mai 2011, M. Charbonneau est nommé directeur général chargé d’assurer la préparation du plan stratégique d’un des programmes phares du CNRC — l’Électronique imprimable. En avril 2013, il accepte le poste de vice-recteur associé à la recherche à l’Université d’Ottawa.