Po ukończeniu medycyny na Sorbonie w 1853 r. z pracą doktorską na temat różnych form reumatyzmu stawów, Charcot pracował najpierw jako właściciel prywatnej praktyki, a od 1848 r. jako lekarz szpitalny w Salpêtrière, gdzie w 1862 r. został lekarzem naczelnym. W 1872 r. został profesorem zwyczajnym anatomii patologicznej na Uniwersytecie Paryskim, gdzie opublikował liczne prace z zakresu anatomii i patologii układu nerwowego. W 1882 roku, pierwszy na świecie Katedra chorób układu nerwowego została ustanowiona dla Charcot w Hôpital de la Salpêtrière w Paris.
W 1883 roku, Charcot został przyjęty do Académie des sciences. Od 1888 do 1889 roku opublikował swoje słynne Leçons du mardi, w których demonstrował przypadki kliniczne przed międzynarodowym audytorium lekarzy, dziennikarzy i pisarzy.
Żaden inny XIX-wieczny naukowiec nie miał tak trwałego wpływu na rozwój neurologii jak Charcot. W drugiej połowie XIX wieku dokonał znaczących odkryć w niemal wszystkich dziedzinach neurologii. Jako pierwszy opisał stwardnienie zanikowe boczne i artropatię neurogenną. On również odróżnić stwardnienie rozsiane i choroba Parkinsona od siebie jako niezależnych obrazów klinicznych.
Na 7 czerwca 1884, za pośrednictwem asystenta Charcot Raymond Combret, członek Towarzystwa Teozoficznego w Paryżu, spotkanie odbyło się z Henry Steel Olcott Towarzystwa Teozoficznego w Salpêtrière. W późniejszych latach Charcot prowadził głównie badania psychopatologiczne nad histerią. Chociaż niektóre z jego ustaleń zostały później zrewidowane, miały one ogromny wpływ na rozwój psychiatrii i na psychoanalizę jego ucznia Sigmunda Freuda. To właśnie kliniczne zastosowanie hipnozy przez Charcota w próbie znalezienia organicznej przyczyny histerii wywołało zainteresowanie Freuda psychologicznymi przyczynami nerwic.
Freud studiował z Charcotem w Salpêtrière od sierpnia 1885 roku. Podczas gdy później z powodzeniem ustanowił swoje dzieło, psychoanalizę, jako niezależną naukę, często zapomina się, że rozpoczęła się ona od badań Charcota nad hipnozą. Inne badania Charcota nad zmienionymi stanami świadomości wywołanymi przez trans hipnotyczny dały początek innym dyscyplinom, które były mniej zgodne z materialistycznym duchem czasu niż badania Freuda. Freud przetłumaczył dwie z książek Charcota i opatrzył je krytycznymi przypisami.
Charcot był przedstawicielem dominującej nauki XIX wieku, która pogodziła się z hipnozą i była zaniepokojona znalezieniem neurofizjologicznego wyjaśnienia dla obserwowanych przez niego objawów. Szukał czysto materialistycznego wytłumaczenia, dzięki któremu osoby łatwo poddające się hipnozie można by uznać za chore psychicznie i dzięki któremu można by ściśle sklasyfikować kolejne stadia hipnozy. Dopiero w 1884 roku Hippolyte Bernheim i Ambroise-Auguste Liébeault podważyli jego hipotezy, twierdząc, że stan hipnotyczny jest wywoływany przez sugestię, co zostało ostatecznie udowodnione w praktyce lekarskiej Liébeaulta. Okazuje się, że przekonanie Charcota o patologicznych przyczynach hipnozy wynikało z faktu, że w Salpêtrière pracował głównie z histeryczkami. Charcot przyznał się do porażki na kilka miesięcy przed śmiercią, głosząc w artykule, że histerycy w zasadzie łatwo ulegają sugestii.
Charcot zmarł po 1893 roku na atak dusznicy bolesnej.
Jean-Martin Charcot, jako lekarz uzdolniony artystycznie od młodości i zainteresowany sztuką, zbierał historyczne przedstawienia histerii. Wprowadził również fotografię z jednej strony jako metodę dokumentacji klinicznej, a z drugiej jako metodę dydaktyczną w nauczaniu (projekcja slajdów).
Twórczość Charcota szczegółowo opisuje Axel Munthe w The Book of San Michele. Istnieje również szczegółowy opis Charcota w standardowej pracy Henri F. Ellenbergera Odkrycie nieświadomości: historia i rozwój psychiatrii dynamicznej od jej początków do Janet, Freud, Adler i Jung.
Innymi słynnymi studentami Charcota byli Georges Gilles de la Tourette, Joseph Babinski, Gheorghe Marinescu, Pierre Janet i Charles-Joseph Bouchard.
.