Charlize Theron grandit dans une ferme où elle développe très jeune de sérieuses aptitudes à la danse classique et au ballet. Son adolescence est marquée par un drame familial : sa mère abat son père, qui l'avait agressée. Décidée à fuir un pays qui ne peut lui offrir un épanouissement personnel, elle est engagée par le Joffrey Ballet de New York jusqu'à ce qu'une blessure au genou la contraint à abandonner définitivement la danse. Fréquentant les podiums depuis ses 14 ans, la jeune fille envisage une reconversion en tant qu'actrice après une apparition anecdotique en 1994 dans Les Démons du maïs 3.

Charlize Theron s'installe à Los Angeles où elle est remarquée par un agent au bout de deux semaines. Après huit mois de cours d'art dramatique, elle décroche ses premiers rôles dans la chronique musicale That Thing You Do ! (1996), où elle joue la naïve Tina, et L'Associé du diable (1997), thriller fantastique dans lequel elle interprète l'épouse de Keanu Reeves. Woody Allen lui donne ensuite l'occasion de porter une critique acerbe sur le milieu du mannequinat à travers son personnage de top-model dans Celebrity (1998). Mais sa notoriété, Charlize Theron la doit avant tout à l'intrépide aventurière Jill Young, prête à tout pour sauver Mon ami Joe (1998), un gorille géant. Dès lors, sa carrière décolle et elle devient l'une des comédiennes les plus demandées du circuit hollywoodien.

L'année suivante, sa performance dans L'Oeuvre de Dieu, la part du diable lui vaut une nomination aux Golden Globes, puis la comédienne enthousiasme les critiques en 2000 en s'illustrant dans The Yards de James Gray. Si en 2001, elle refuse le rôle féminin principal de Pearl Harbor, c'est pour retrouver dans un premier temps Keanu Reeves dans le sentimental Sweet november, puis Woody Allen qui la dirige en femme fatale dans Le Sortilège du scorpion de Jade.

L'année 2003 marque un tournant dans sa carrière avec le drame Monster. Grâce à sa prestation de "tueuse en série", rôle pour lequel elle n'a pas hésité à prendre une quinzaine de kilos, Charlize Theron obtient la reconnaissance de ses pairs en remportant successivement le Golden Globe, l'Ours d'argent et l'Oscar de la Meilleure actrice. Une consécration qui l'amène à s'orienter vers des films aux sujets plus graves comme L'Affaire Josey Aimes (2005), où il est question d'harcèlement sexuel, Dans la vallée d'Elah (2007), évocation sous un jour nouveau de la guerre en Irak, ou encore Loin de la terre brûlée (2008), première réalisation de Guillermo Arriaga. Un choix de carrière qui ne doit pas faire oublier que l'actrice sait aussi faire preuve d'humour comme le prouve sa participation aux côtés de Will Smith dans la comédie fantastique et (très) lucrative Hancock (2008).

La comédienne revient ensuite au drame en interprétant une mère désillusionnée qui ne peut se résoudre à mettre son enfant au monde dans l'univers apocalyptique et dévasté de La Route. En 2012, elle rejoint la grande famille du cinéma américain indépendant en s'illustrant dans la comédie Young Adult. La même année, elle incarne une Reine maléfique dans une adaptation fantastique de Blanche Neige, intitulée Blanche-Neige et le chasseur. Très éclectique dans ses choix, Charlize Theron endosse également la panoplie d'exploratrice, aux côtés du très en vogue Michael Fassbender, pour les besoins du film fantastique de Ridley Scott, Prometheus.

En 2015, l'actrice aux 1000 visages poursuit dans la science-fiction et fait équipe avec Tom Hardy dans l'explosif Mad Max : Fury Road, dans lequel elle est l'impératrice Furiosa. Elle revient la même année au thriller dans le très sombre Dark Places, où elle revit le drame de son enfance en incarnant Libby Day, une femme qui, à huit ans, assiste au meurtre de sa mère et de ses sœurs.

Privilégiant l'action, Charlize Theron incarne la méchante de Fast & Furious 8 ainsi qu'une espionne particulièrement aguerrie dans Atomic Blonde. Elle retrouve également Jason Reitman pour Tully, dans lequel elle joue une femme enceinte de son troisième enfant, puis se glisse dans la peau d'une politicienne qui succombe au charme maladroit de Seth Rogen dans Séduis-moi si tu peux !.