Charles J. Thompson studierte an der Washington and Lee University und promovierte 1976 an der Pennsylvania State University. Im Anschluss forschte er als Postdoc an der University of Wisconsin. 1981 ging Charles Thompson ans John Innes Institute, UK und folgte 1993 einem Ruf ans Biozentrum der Universität Basel, wo er bis 2004 außerordentlicher Professor für Mikrobiologie war. 2004 ging Thompson ans Department of Microbiology and Immunology der University of British Columbia, Kanada, und forscht dort auf dem Gebiet der Infektionskrankheiten, insbesondere der Tuberkulose.