Charles L. Sawyers a obtenu un baccalauréat ès arts de l'Université Princeton en 1981 et un doctorat en médecine de la Johns Hopkins University School of Medicine en 1985, puis a complété sa résidence en médecine interne à l'UCSF. Il est devenu chercheur du Howard Hughes Medical Institute en 2002 alors qu'il était à l'UCLA, puis a rejoint le Memorial Sloan Kettering Cancer Center en 2006, où il occupe actuellement le poste de président du programme d'oncologie humaine et pathogenèse.

Sawyers étudie les mécanismes de résistance aux médicaments anticancéreux dans l'optique de développer de nouvelles thérapies. Il a codécouvert le médicament antiandrogène enzalutamide (Xtandi®), approuvé par la FDA en 2012 pour le traitement du cancer de la prostate avancé. Il a partagé le prix Lasker-DeBakey de recherche clinique médicale 2009 pour le développement de l'inhibiteur de la kinase ABL, l'imatinib, pour les patients atteints de leucémie myéloïde chronique, et de l'inhibiteur ABL de seconde génération, le dasatinib, pour surmonter la résistance à l'imatinib. Il a reçu le Breakthrough Prize en sciences de la vie 2013, le prix Taubman d'excellence en science médicale translationnelle 2013 et le prix BBVA de connaissance en biomédecine 2015.

Sawyers est membre de la National Academy of Sciences, de la National Academy of Medicine (anciennement IOM) et de l'American Academy of Arts and Sciences. Il est ancien président de l'American Association for Cancer Research (AACR) et de l'American Society of Clinical Investigation (ASCI), a été nommé au National Cancer Advisory Board par le président Obama et siège au conseil d'administration de Novartis depuis 2013. Il occupe également le poste de président du comité directeur du projet GENIE de l'AACR, un consortium international de centres de cancérologie qui partagent des données génomiques et cliniques de patients traités dans leurs sites cliniques respectifs.