Charlie Plummer comenzó su carrera como actor infantil en cortometrajes e hizo su debut cinematográfico en el drama Not Fade Away (2012) de David Chase antes de conseguir el papel principal en el debut como director de Felix Thompson, King Jack (2015). En 2017, obtuvo un mayor reconocimiento por su papel secundario en el thriller criminal Todo el dinero del mundo de Ridley Scott y su papel principal en el drama Apóyate en mí de Andrew Haigh. Su actuación en este último obtuvo elogios de la crítica y le valió el premio Marcello Mastroianni al mejor actor emergente en el 74º Festival de Cine de Venecia. En televisión, Plummer se destacó en los dramas televisivos Boardwalk Empire (2011-2013) y Granite Flats (2013-2015). En el 2019, protagonizó la miniserie de Hulu Looking for Alaska como Miles "Pudge" Halter. En 2023 protagoniza Una familia extraordinaria (2022), el primer largometraje de Matt Smukler.