Charpak tok doktorgrad i kjernefysikk ved Collège de France i Paris i 1954, og begynte å jobbe ved CERN i Genève i 1959. I 1984 ble han Joliot-Curie professor ved École Supérieure de Physique et Chimie i Paris, og i 1985 ble han medlem av det franske vitenskapsakademiet.