Ancien élève de l’École normale supérieure de Cachan, il a obtenu l'agrégation de physiologie et biochimie. Il a préparé sa thèse de doctorat d’État en Immunologie à l’Institut Pasteur de Paris, puis a effectué son post-doctorat à l’Université Harvard, avant de fonder son équipe à l’Institut d’Embryologie de Nogent-sur-Marne.
Directeur Scientifique eu Généthon à Evry, il a participé au projet Génome Humain et développé un réseau international consacré au développement de la génomique fonctionnelle et de la biologie systémique.
Il dirige actuellement l’Unité de Génomique Fonctionnelle et Biologie Systémique pour la Santé de l’Institut des Sciences Biologiques du CNRS à Villejuif.
Charles Auffray développe une approche systémique de la physiologie et de la pathologie des systèmes immun, neuro-musculaire et pulmonaire, ainsi que des cancers et des allergies, en intégrant les outils et concepts de la génomique fonctionnelle, de l’informatique, des mathématiques et de la physique.
Il est l’auteur de nombreuses publications scientifiques et d’une douzaine d’ouvrages destinés à un large public, dont "Le génome humain" (Flammarion, 1996); "Qu'est-ce que la vie ?" (Le Pommier, 1999); "Qu'est-ce qu’un gène ?" (Le Pommier, 2004).
Présentation de Charles Auffray et Laurent Nottale portant sur « La morphogénèse revisitée par la relativité d'échelle ». A l'occasion du colloque Originalités de la Vie 2011.