Charles Koechlin est né le 27 novembre 1867 à Paris. Il épouse Suzanne Pierrard le 24 avril 1903 et a 5 enfants.
Issu de la grande bourgeoisie industrielle d'Alsace, Charles Koechlin se destine à une carrière militaire et entre à Polytechnique en 1887. Suite à une grave maladie, il se consacre à la musique et entre au Conservatoire de Paris en 1889. Il travaille avec Taudou (harmonie), Massenet (composition et orchestration), Fauré (composition) et Gedalge (contrepoint et fugue).
Avec Ravel et Schmitt, il fonde (1909) la Société Musicale Indépendante pour promouvoir la cause de la musique contemporaine. En 1910-1920 il entreprend une série de recherches architectoniques qu'il matérialise dans une quinzaine d'œuvres de musique de chambre (sonates pour différents instruments, quatuors et quintettes) ainsi que dans quelques compositions orchestrales : La Forêt païenne (1908), Les Saisons (1912), Trois chorals pour orgue et orchestre et Cinq Chorals pour orchestre (1912-1920).
Passionné par la nature, il composera notamment : La Forêt (1907), Le Printemps, l'Hiver, l'Été (1908-1916), La Symphonie d'hymnes (Prix Cressent 1936), Le Livre de la jungle (1939), Paysages et marines pour piano.
En 1920, le compositeur fait partie du groupe Les Nouveaux Jeunes, précurseur du Groupe des Six.
Charles Koechlin va aussi composer pour la voix dans une écriture traditionnelle qui use librement des notes de passage et utilise les modes anciens : Vingt Chansons bretonnes pour violoncelle ou piano et orchestre (1931), Fugue symphonique pour orchestre (1932), Cinq Chorals dans les modes du Moyen-Âge pour orchestre (1932), Hymne pour ondes Martenot et orchestre (1932), Sonatine modale pour flûte et clarinette (1935), Chœurs monodiques de style modal pour l'Alceste d'Euripide (1938), Motets de style archaïque (1949).
Le compositeur écrit des musiques de film et des partitions de concert en hommage à la beauté de certaines stars : L'Album de Lilian (1934), Sept Chansons pour Gladys (1935), Danses pour Ginger (1937), Épitaphe de Jean Harlow (1937) ; il compose également une grande fresque en sept parties, The Seven stars symphony (1933) évoquant Douglas Fairbanks, Lilian Harvey, Greta Garbo, Clara Bow, Marlène Dietrich, Emil Jannings et Charlie Chaplin.
Avec ses 225 numéros d'opus, Charles Koechlin édifie une des œuvres les plus imposantes de sa génération. Il aborde également le poème symphonique avec Les Vendanges (1896-1906), La Nuit de Walpurgis classique (1901-1907), Chant funèbre à la mémoire des jeunes défuntes (1902-1907), Le Docteur Fabricius (1944). Il ne délaisse pas non plus la musique de chambre : Sonate pour flûte et piano (1913), 4 Sonatines françaises pour piano à 4 mains (1919), et son Quintette avec piano (1921) que Koechlin considérait comme " la plus marquante, peut-être, de mes œuvres ".
Charles Koechlin fût aussi professeur et ses traités font autorité : Études sur les notes de passage (1922), Traité de l'orchestration (1954-1959)...
Parallèlement à son métier de compositeur, il devient surtout célèbre comme musicographe et conférencier. En 1937, il est nommé président de la Fédération Musicale Populaire.
Francis Poulenc, Germaine Tailleferre, Roger Désormière, Henri Sauguet firent partie de ses élèves. Par ailleurs, Koechlin orchestra Pelléas et Mélisande de Fauré et Khamma de Debussy.
Il décède au Rayol Canadel le 31 décembre 1950.