查爾斯·霍爾是牧師赫曼·巴賽特·霍爾和索菲洛尼亞·H·布魯克斯的兒子。他有一個兄弟和三個姐妹，其中有一位幼年夭折了。霍爾全家在1873年搬到俄亥俄州的奧柏林(Oberlin)，查爾斯就讀於奧柏林高中。1880年進入奧柏林學院並於5年後獲得學士學位。專業是自然科學。在化學教授弗蘭克·範寧·傑維特的鼓勵下，霍爾成爲一名材料學專家。當時讓大學生們最感興趣的，是由於鋁價格的昂貴，發現降低制鋁成本方法的人，可以一夜暴富。霍爾在自家房子後院裏的小木屋進行了長期的實驗。
晚年
霍爾對制鋁法成功的發現爲他一生贏得了22項美國專利，爲鋁製品發明之首。他成爲奧柏林學院的董事會成員。1914年在弗羅裏達州去世之前，他都是美國鋁業(Alcoa)的副總裁。霍爾去世時單身無子，葬於奧柏林的森林墓地(Woodland Cemetery)。
發明
霍爾始終圍繞着戴維提出的熔融解析法進行思考。熔融法需要在較高的溫度下把氧化鋁融化並從中分離純鋁。霍爾嘗試用更簡單的方法融化氧化鋁。大學畢業後的第一年他開始了第一次實驗。他必須自己準備大部分的儀器和化學品，在這時霍爾的姐姐尤利婭資助了他。在他的實驗中霍爾發現向氧化鋁中添加冰晶石，可以將純氧化鋁熔點的2050°C降低到950°C。因此他發明的基本思路是用電子流通過一個含有氧化鋁和冰晶石的電解池，由此可以在蒸餾管的底部一定程度上形成一個鋁窪。幾年繁複的工作後，霍爾在1886年2月23日得到了他的第一個樣本。開始時候他只能製備出球粒狀的鋁，後來他繼續努力，最終得到了鋁錠。1886年7月9日霍爾爲他的方法申請了第一個專利。在霍爾申請專利幾周後，法國人保羅·埃魯幾乎與他同時發現了這個方法。埃魯在法國也同樣申請了專利。兩個發明家彼此並不知情，並由此帶來了法律上的爭端。所幸他們最後和解並聯合起來了。這個生產方法晚一些被命名爲霍爾-埃魯法。埃魯無意在法國實現他偉大發明的經濟價值並最終到瑞士與三位實業家合作。
