Charles Le Brun est le troisième des cinq enfants de Nicolas Le Brun, maître sculpteur, et Julienne Le Bé issue d'une famille de maîtres écrivains1. Il commence par apprendre la sculpture auprès de son père. Il entre vers 1632 dans l'atelier du peintre François Perrier2. Deux ans plus tard, il est remarqué par le chancelierPierre Séguier, qui le recommande à Simon Vouet. Il apprend son métier dans l'atelier de ce grand maître, où il a comme condisciples Pierre Mignard, André Le Nôtre et Eustache Le Sueur. Il quittera Simon Vouet pour Nicolas Poussin3. En 1642, déjà reconnu à Paris et grâce à l’aide financière du chancelier, Le Brun part pour l'Italie, faisant le voyage de Lyon à Rome en compagnie de Poussin. Durant son séjour italien, Le Brun copie les antiques romains pour le chancelier Séguier, des tableaux du Guide, de Raphaël ainsi que la galerie Farnèse des Carrache. Il peint également plusieurs tableaux dont Mucius Scaevola devant Porsenna,Horatius Coclès au pont Sublicius et une Allégorie du Tibre.
Après quatre années passées en Italie, le peintre quitte Rome à la fin de l'année 1645 et rejoint Paris en mars 1646, après un court séjour à Lyon. De retour dans la capitale, Le Brun obtient plusieurs commandes importantes grâce à l'appui de Séguier. Dès l'année suivante, il est nommé « Peintre et Valet de chambre du Roy ». Il est également choisi par la corporation des Orfèvres de Paris afin de peindre le May4 qu'ils offrent annuellement à la cathédrale Notre-Dame de Paris. Le Brun représente alors Le martyre de Saint André5 (conservé à Notre-Dame de Paris). Cette même année, Le Brun épouse Suzanne Butay.
Avec Philippe de Champaigne, il obtient de Mazarin la fondation de l’Académie royale de peinture et de sculpture en 1648. Mazarin l'en nomme secrétaire. Le succès de cette académie est mitigé : la corporation des peintres ne le suit pas. L'Académie n'en fournit pas moins théories et pratiques. Durant cette période, Le Brun réalise de grandes peintures, notamment sa célèbre Apothéose d'Hercule. Nicolas Fouquet, riche surintendant des finances du roi, lui demande de travailler à la décoration de son château de Vaux-le-Vicomte3, qu'il réalisera entre 1656 et 1661. Le décor somptueux qu'il exécute, unique en son genre en France à l'époque, marque sa consécration.
En 1660, il peint La Famille de Darius au pied d'Alexandre et Le portrait équestre du Chancelier Séguier en l'honneur de son protecteur, et réalise le décor de l’entrée royale de Louis XIV à Paris. La même année, il concourt à la création de la Manufacture des Gobelins dont il est nommé directeur le 8 mars 1663. En 1667les attributions de la manufacture sont étendues, intégrant la fabrication des meubles et autres objets d'art. Le Brun est confirmé dans sa charge, étant alors nommé directeur du Mobilier royal.
C'est à la fin des années 1650 que Mazarin (qui meurt en 1661) le présente à Louis XIV. Le Brun jouit dès lors d'une solide réputation. La cour lui commande les œuvres les plus variées : scènes équestres, vastes fresques, décorations de jardins, cartons de tapisserie, meubles et objets décoratifs. Son grand talent, son énergie, son sens du grand décor et son style emphatique et pompeux, parfaitement en phase avec les goûts du roi, font de Le Brun un peintre très apprécié du souverain, qui est particulièrement séduit par les œuvres qu'il créa pour son entrée triomphale à Paris et les décorations réalisées à Vaux-le-Vicomte. Alors même qu'il prépare la disgrâce de Fouquet, parachevée de 1661 à 1664, Louis XIV fait appel à Le Brun pour la création d'une série de grands tableaux illustrant l'histoire d'Alexandre. En 1660, il lui commande La Famille de Darius aux pieds d'Alexandre (Paris, musée du Louvre). À partir de ce moment, tous les chantiers royaux sont placés sous la direction de Le Brun.
Dès 1661 il est chargé de la décoration du château de Versailles, à laquelle il travaillera pendant trente ans6. Il a sous ses ordres plusieurs centaines d'artistes et d'artisans3. Le roi est si satisfait qu'il anoblit Le Brun en décembre 1662. Cependant, sa participation propre se limite à l’escalier des Ambassadeurs (1674-1678, détruit sous Louis XV), à la galerie des Glaces (1678-1684), avec ses salons de la Paix et de la Guerre (1684-1687), et à un projet de chapelle en 1672, abandonné en 1679-1680 lorsque la décision est prise de construire d'aile du Midi du château. Il travaille aussi pour d’autres personnalités importantes du royaume.
En 1663, il est nommé directeur de l'Académie royale de peinture et de sculpture par Colbert, alors intendant des finances, qui souhaitait réorganiser cette académie.
Le Brun est nommé « Premier peintre du Roi » en 1664, une charge qui comprenait le versement d'une pension annuelle de 12 000 livres, c'est-à-dire du même montant que celle qu'il recevait quand il était au service de Fouquet. Cette même année, il obtient aussi la charge de garde général du Cabinet des tableaux du roi, une collection de tableaux commencée par François Ier mais peu développée jusqu'à Louis XIV7.
En 1666, Colbert et Le Brun fondent ensemble l’Académie de France à Rome. En 1670 Colbert, devenu surintendant à la suite et sur la recommandation de Fouquet en 1664, également responsable des Bâtiments, Arts et Manufactures, achète le domaine de Sceaux. Il y fait faire de grands travaux, et au début des années 1670 Le Brun y travaille à la décoration du Pavillon de l'Aurore dont il orne la coupole d'une de ses plus grandes compositions, sur le thème de L’Aurore, précédant le lever du soleil.