Eigentlich hat Eames Architektur studiert, aber er war auf vielen Gebieten schöpferisch tätig, und zwar immer mit grossem und nachhaltigen Erfolg. Er war Stipendiat (1936) der Cranbrook Academy of Arts, Michigan wo er bei Eero Saarinen lernte und wurde anschliessend Lehrer an diesem Institut. Seine Kollegen waren u.a. Harry Bertoia und Ray Kaiser, die er später heiratete. In diese Zeit vielen die von Saarinen beeinflussten Experimente mit geformtem Schichtholz.

Diese Arbeit brachte ihm 1940 zusammen mit Eero Saarinen den Gewinn des vom Museum of Modern Art veranstalteten Wettbewerbs "Organic Design in Home Furnishings". 1946 widmete ihm das selbe Museum die erste Einzelausstellung. Im folgenden Jahr übersiedelte er mit seiner Frau Ray nach Venice, einem Vorort von Los Angeles. Hier entstanden neben weiteren Möbelentwürfen, Fotos, Filme mit meist didaktischem Inhalt, Spielzeuge und Häuser.

Ab 1947 arbeitete das Designerehepaar Charles und Ray Eames mit dem Möbelhersteller Herman Miller zusammen, der Eames Möbel erstmals in grösserer Stückzahl herstellte. Sein wohl berühmtestes Möbel, dass zusammen mit den Stühlen von Harry Bertoia für den eleganten und mondänen Stil der Fünfzigerjahre prägend war, ist der Lounge Chair von 1956. Dieses ebenso luxuriöse wie komfortable Möbel entwarf er als Geburtstagsgeschenk für seinen Freund, den Regisseur Billy Wilder.