Charlotte Wankel fait ses études à l’école de peinture de Harriet Backer (1845-1932) à Christiania (actuelle Oslo) de 1906 à 1909. En 1909, elle se rend à Paris avec sa sœur Frida Wankel (1886-1982) et s’inscrit à l’académie Matisse en 1910. Ses premiers tableaux sont peints dans un style réaliste mais aussi inspiré du fauvisme. Après avoir passé les années de guerre en Norvège, elle retourne à Paris en 1922 et développe un profond intérêt pour l’Esprit nouveau.
Elle se tourne rapidement vers le constructivisme et le cubisme, inspirée par Georges Braque (1882-1963). Elle étudie auprès de Pedro Luiz Correia de Araújo (1874-1955) en 1922. Avec Ragnhild Keyser (1889-1943) et Ragnhild Kaarbø (1889-1949), C. Wankel rejoint le cercle international des artistes d’avant-garde à Paris dans les années 1920. Toutes trois s’inscrivent à l’Académie moderne en 1925, où C. Wankel suit les enseignements de Fernand Léger (1881-1955) et d’Amédée Ozenfant (1886-1966). Maleri (1925) compte parmi ses nombreuses œuvres qui associent les machines modernistes de F. Léger au purisme d’A. Ozenfant. Cette composition abstraite repose sur le contraste qu’engendre une composition libre aux formes tubulaires, rectangulaires et circulaires plates en diverses teintes de gris, brun et bleu et l’espace beige et indéfini qui lui fait office d’arrière-plan. En revanche, ses compositions abstraites se caractérisent par leur précision et leurs superpositions de formes géométriques. Dans un tableau comme Komposisjon [Composition, 1927], C. Wankel joue également sur la figure humaine en utilisant des fragments de corps abstraits qu’elle agence dans un style architectural et constructiviste. Sa palette de couleurs relève souvent du purisme, faisant la part belle aux tons de bleu grisé, brun, ocre, et aux nuances de jaune et rose pâle.

C. Wankel fait évoluer son style dans de nouvelles directions au cours de sa carrière. Dans les années 1920, elle explore l’art du portrait. Dans les années 1930, elle peint des tableaux figuratifs aux compositions simplifiées. Une œuvre emblématique de ce style serait Gutt med agurkranker [Garçon au concombre, 1930]. À partir de cette période, ses œuvres non figuratives tiennent moins du constructivisme que du surréalisme inspiré par les œuvres tardives de Vassily Kandinsky (1866-1944).

En 1925, son travail est présenté lors de l’exposition Art d’aujourd’hui à Paris aux côtés de 87 artistes d’avant-garde du monde entier. Elle est également à l’initiative de l’exposition Otte skandinaviske kubister [Huit cubistes scandinaves] au Kunstnerforbundet d’Oslo en 1927. Cette exposition tout comme son exposition individuelle dans ce même lieu en 1930 et l’exposition collective à laquelle elle participe en 1934 à la galerie d’art Blomqvist sont reçues défavorablement par la plupart des critiques norvégiens, qui se montrent hostiles envers le cubisme et la peinture non figurative pendant l’entre-deux-guerres. En 1935, elle participe à l’International Women’s Art Exhibition organisée par le Women’s International Arts Club  à Londres, puis à l’Exposition universelle à Paris en 1937.

Ses œuvres sont présentes dans les collections du Musée national d’art, d’architecture et de design d’Oslo, ainsi que dans celles du Musée d’art de Trondheim et au sein de plusieurs collections privées.