Charles Seignobos est né en 1854 à Lamastre en Ardèche, il est le fils de Charles-André Seignobos, député-maire de Privas de 1871 à 1894, de famille protestante et républicaine. Il passe le baccalauréat à Tournon en 1871. Après de brillantes études à l'École Normale Supérieure, où il suit les cours de Fustel de Coulanges et de Ernest Lavisse, il finit premier à l'agrégation d'histoire.
Il part ensuite étudier deux années en Allemagne. Il s'installe quelque temps à Göettingen, Berlin, Munich et Leipzig. Nommé maître de conférence à l'université de Dijon en 1879 ainsi que professeur aux écoles HEI-HEP, il soutient sa thèse de doctorat en 1881, puis est nommé à l'Université de Paris (Sorbonne).
Il succède à son père à la mairie de Lamastre.
Considéré avec Charles-Victor Langlois comme l'un des chefs de file du positivisme en histoire, Seignobos est l'auteur de nombreux ouvrages d'histoire politique mettant en application la méthode historique allemande et bénéficiant de son excellent niveau linguistique en allemand et en anglais pour la recherche documentaire.
Seignobos rédigea avec son collègue Charles-Victor Langlois une Introduction aux études historiques qui fut le manifeste de l'école méthodique, qui repose sur la lecture critique des sources manuscrites.. Celle-ci refusait le finalisme, le romantisme ou l'histoire philosophique ; leurs interrogations épistémologiques, nourries de positivisme, ne remettent pas en cause le statut de la vérité. Cependant, la démarche critique qu'ils définissent permit de cadrer avec une grande rigueur les travaux historiques. Elle permettait aussi, en instaurant une division du travail historique, de renforcer par une caution théorique la pratique du mandarinat universitaire. Pédagogue, auteur de nombreux manuels, Seignobos fut aussi l'animateur d'une Histoire de la Russie à laquelle participa Milioukov.
Il meurt en avril 1942, après avoir été placé en résidence surveillée à Ploubazlanec en Bretagne.