Charlotte var eldste datter av Fredrik Vilhelm III av Preussen og Louise av Mecklenburg-Strelitz. Hennes barndom var preget av Napoleonskrigene og morens død da hun var tolv år gammel. I 1814 ble hun av storpolitiske grunner bortlovet i et arrangert ekteskap med storhertug Nikolaj av Russland, den fremtidige Tsar Nikolaj I. De giftet seg den 1. juli 1817. Nikolaj ble tsar da broren Aleksander døde i 1825.