Hartshorne nació en Kittanning, Pensilvania, y fue el hijo del reverendo F.C.
Charles asistió al Haverford College entre 1915 y 1917, pero luego pasó dos años de servicio en el ejército de Estados Unidos.
Luego, estudió en la Universidad Harvard, donde obtuvo el grado de bachiller (1921), maestría (1922) y doctorado (1923).
Obtuvo los tres grados en solo cuatro, un logro único en la historia de Harvard.
Asistió a la Universidad de Friburgo, donde estudió bajo la tutela del fenomenólogo Edmund Husserl, y también en la Universidad de Marburgo, donde estuvo a cargo del filósofo existencialista Martin Heidegger.