Herečka se narodila jako Tula Ellice Finkleaová 8. března 1922 v texaském Amarillu. Od malička jí ale všichni říkali "Sid", jak ji překřtil její starší bratr, který ještě neuměl vyslovit slovo "sister" - sestra. Taneční hodiny začala brát, aby zesílila po boji s dětskou obrnou.

Dlouhonohá kráska se na filmovém plátně poprvé objevila v roce 1943 a o tři roky později si zatančila s Fredem Astairem v Ziegfieldově kabaretu. Ovšem průlomovou se stala její role fatální ženy, která tančí s Genem Kellym ve snové scéně Broadway Melody ve slavném muzikálu Zpívání v dešti (1952).

Objevila se poté v celé řadě muzikálů a hudebních filmů společnosti MGM včetně snímků Přidej se k nám (1953), Brigadoon (1954) či Hedvábné punčochy (1957). Posledně jmenovaný snímek znamenal konec její taneční kariéry ve filmech, stejně jako začátek soumraku éry velkých filmových muzikálů.

Charisseová poté hrála v řadě dramatických filmů, z nichž několik se točilo v Evropě. S manželem, zpěvákem Tonym Martinem, za kterého se provdala v roce 1948 a žila s ním až do své smrti, vystupovala mimo jiné v Las Vegas. V roce 1992 se dočkala divadelního debutu na Broadwayi v hlavní roli stárnoucí baleríny v muzikálu Grand Hotel.