Hugo Charlemont se narodil 18. března 1850 v Jemnici. Pocházel z umělecky nadané rodiny, kde jeho otec Matěj Adolf Charlemont byl malířem miniatur a fotografem. Hugo byl prostřední ze tří synů, přičemž jeho starší bratr Eduard Charlemont byl rovněž malířem-figuralistou a nejmladší bratr Theodor Charlemont byl sochař. I jedna z jeho dvou sester, Lilly Charlemontová, se stala malířkou.

Po vyrůstání na jižní Moravě absolvoval v roce 1873 Akademii výtvarných umění ve Vídni, kde studoval pod vedením profesora Eduarda von Lichtenfels a učil se grafickým technikám u Arthura Wiliama Ungera. Během svého života často cestoval po Moravě, Slezsku a Slovinsku, dokumentující místní obyčeje, lidové kroje a archeologické nálezy pro knižní ilustrace. Dále navštěvoval Holandsko a několik let strávil v Benátkách.

Charlemont byl považován za všestranný talent své doby. Jeho tvorba zahrnovala krajiny, zátiší, portréty, interiéry, historické a etnografické obrazy. Vytvořil také mnoho akvarelů a kvašů. Impresionistický styl, ve kterém maloval některé ze svých krajin, přitahoval zvláštní pozornost. Kromě toho se podílel na výzdobě veřejných a soukromých staveb. Pro Městské divadlo (Burgtheater) ve Vídni vytvořil malby do jídelny a také zdobil palác prince ze Salmu.

V oblasti ilustrací se Hugo Charlemont proslavil především svými kresbami a litografiemi pro encyklopedii rakousko-uherské monarchie Kronprinzwerk, zejména ve svazku Dějiny Čech (Die Geschichte Böhmens).

Zemřel 18. dubna 1939 ve Vídni. Po své smrti byl pochován na vídeňském hřbitově ve čtvrti Döblingu (Döblinger Friedhof), což je pro Rakušany místem srovnatelným s významem hřbitova na Vyšehradě pro Čechy.