Charlie Sheen, quien ha protagonizado más de cuarenta largometrajes, saltó a la fama en grandes éxitos comerciales y de taquilla como Platoon (Platoon, 1986) y Wall Street (Wall Street, 1987). Entre muchos de los otros títulos en su haber, podemos citar Amanecer rojo (Red Dawn, 1984); Lucas (1986); Todo en un día (Ferris Bueller's Day Off, 1986); Ocho hombres (Eight Men Out, 1988); Arma joven (Young Guns, 1988); Una mujer en la liga (Major League, 1989); Hot Shot (Hot Shots! 1991); Hot Shots 2 (Hot Shots! Part Deux, 1993); Los tres mosqueteros (The Three Musketeers, 1993); Con la poli en los talones (The Chase, 1994); El dinero es lo primero (Money Talks, 1997); Cómo ser John Malkovich (Being John Malkovich, 1999); Scary Movie 3 (2003); Scary Movie 4 (2006); y Golpe en Hawai (The Big Bounce, 2004). Asimismo, contribuye en dos telefilmes: Rated X (2000); y Consejera matrimonial (Good Advice, 2001).

Sheen devino alguien célebre entre el público televisivo por medio de su papel protagonista en Spin City: Loca alcaldía (Spin City, 1996-2002), con el que se hizo con un Globo de Oro. En 2003, el actor comenzó a encarnar a Charlie Harper en la sitcom de la CBS, todavía en antena, Dos hombres y medio (Two and a Half Men). El papel le significó un Premio ALMA y tres Premios Emmy, así como dos nominaciones a los Globos de Oro al mejor actor de serie cómica.

En 2011, Sheen estableció un nuevo récord mundial en Twitter como el «Más rápido en lograr un millón de seguidores», a un ritmo medio diario de 129.000 nuevos fans.

Más tarde, en aquel mismo año, Charlie lanzó su gira norteamericana "My Violent Torpedo of Truth / Defeat Is Not An Option", que en 18 minutos vendió todas las entradas, logrando un récord Ticketmaster.

En septiembre de 2011, el telefilm Roast of Charlie Sheen (2011), emitido por la Comedy Central, fue visto por 6’4 millones de personas, convirtiéndose en el homenaje humorístico de mayor cuota de pantalla de toda la historia de la televisión.

Sheen acabó el año como protagonista del siguiente film de Roman Coppola, A Glimpse Inside the Mind of Charlie Swan III (2012).

El 28 de junio de 2012, debutó la nueva sitcom del actor: Anger Management.