Marie Charlotte Amélie Augustine Victoire Clémentine Léopoldine af Sachsen-Coburg og Gotha, bedre kendt under navnet "Charlotte", var datter af kong Leopold I af Belgien og Louise af Orléans. Hendes fornavn er en hyldest til den afdøde prinsesse Charlotte af Wales, hendes fars første kone. Hun var det fjerde og sidste barn og den eneste datter af det belgiske kongelige par, efter Louis-Philippe (som døde mindre end et år gammel i 1834), Leopold (født i 1835) og Philippe (født i 1837). Dronning Louises sidste graviditet var så vanskelig, at der var frygt for en abort i april, men den 7. juni 1840 kl. 1 om natten blev Charlotte født sund på slottet i Laeken. I begyndelsen skuffet over fødslen af en datter, der ikke var en dynasti i Belgien på det tidspunkt, blev kong Leopold I efterhånden charmeret af sin datter, der blev i hans yndlingsbarn. Gennem sin mor var Charlotte barnebarn af Louis Philippe I og Maria Amalia af de To Sicilier, konge og dronning af franskmændene, og gennem sin far var hun første fætter til dronning Victoria af Det Forenede Kongerige Storbritannien og Irland; takket være disse forbindelser, og ud over regelmæssige ophold i byen Oostende om sommeren, tilbringer Charlotte lange ferier med sine morforældre på de franske kongelige boliger og hos sin fætter i Windsor Castle. Hun var tæt på sin bedstemor, dronning Maria Amalia, og de to korresponderede regelmæssigt; efter den
Den franske revolution i 1848, der afsatte hendes bedsteforældre og forviste dem til England, for et par uger ud af året, Charlotte boede i Claremont med sin mors familie i eksil.