Charlotte Gainsbourg (właściwie Charlotte Lucy Gainsbourg; ur. 21 lipca 1971 w Londynie) - aktorka francuska, córka brytyjskiej aktorki Jane Birkin oraz słynnego francuskiego poety i śpiewaka Serge’a Gainsbourga, którzy zasłynęli z wydania kontrowersyjnej piosenki znanej do dziś: „Je t’aime… moi non plus”.
Towarzyszem jej życia jest francuski aktor Yvan Attal, z którym ma dwójkę dzieci: Bena i Alice Jane.