Schon während des Studiums erste Regiearbeiten für das Maxim-Gorki-Theater und die Schaubühne in Berlin, ab 1997 auch für das Schauspielhaus und das TAT in Frankfurt am Main.

In den Jahren 1996 bis 2002 arbeitete Hübner unter anderem mit den Regisseuren Amélie Niermeyer, Peter Eschberg, Hans Hollmann und Christian Tschirner zusammen. 2008 setzte er seine Theaterarbeit am Schauspielhaus Zürich fort, 2011 am Schauspiel Köln.

2003 wechselte Hübner von der Bühne vor die Kamera. In vielen Film-Nebenrollen trat er zunächst als Darsteller der 'kleinen Leute' oder als 'guter Freund' auf. Allein im Jahr 2005 nahm er so an 17 Filmprojekten teil. 2006 war er als Stasi-Oberfeldwebel in dem Oscar-prämierten Spielfilm "Das Leben der Anderen" zu sehen.

2007 erhielt Hübner eine Hauptrolle als Gerichtsmediziner Dr. Thomas Renner in der Krimiserie "Post Mortem". Hauptrollen spielte er auch im Kinofilm "Autopiloten" und im Sozialdrama "Über den Tod hinaus". In der Comedyserie "Ladykracher" tritt er seit 2008 als Sketchpartner von Anke Engelke auf.

Seit 2010 bilden Charly Hübner als Kriminalhauptkommissar Alexander Bukow und Anneke Kim Sarnau das Ermittlerduo in den Rostocker "Polizeiruf-110"-Folgen des NDR. Die Folge "Fischerkrieg" brachte Hübner 2013 den "Bayerischen Fernsehpreis" ein.

Für seine Hauptrolle als Soziopath im Psychodrama "Unter Nachbarn" erhielt er "Goldene Kamera 2013" als "Bester deutscher Schauspieler".

Charly Hübner lebt in Hamburg und auf dem Land in Mecklenburg-Strelitz.