Родился в семье промышленника Ричарда Теллера Крейна, владельца крупной компании по производству водопроводных труб и оборудования и лифтов. Работал в компании отца. В 1881 году женился на Корнелии Смит. Много путешествовал по разным странам, в том числе за свою жизнь более двадцати раз был в России и СССР.
В 1909 году Крейн был назначен президентом Тафтом посланником в Китай. Ещё не успев выехать к месту работы Крейн резко высказался о заключении японо-китайского договора, после чего госсекретарь США Филандер Нокс настоял на отмене назначения Крейна.
В 1900-х годах Крейн приглашал для прочтения лекций в Чикагском университете известных учёных и политических деятелей: Максима Ковалевского, Павла Милюкова и Томаша Масарика. Был знаком с Патриархом Тихоном, ещё в период его службы в Америке.
В 1912 умер отец Крейна и он встал во главе отцовской компании, но через два года уступил председательский пост своему брату.
В 1917 году сразу после Февральской революции Крейн в очередной раз отправился в Россию, а затем был назначен членом специальной дипломатической миссии Рута. Отрицательно отнёсся к октябрьской революции и большевистскому режиму. Высказывался против дипломатического признания большевистского правительства. Помогал русским эмигрантам.
В 1919 присутствовал на Парижской мирной конференции. Был назначен американским представителем в Межсоюзническую комиссию по мандатам в Турции, которая вырабатывала рекомендации по разделу Турции.
В мае 1920 - июне 1921 Крейн был американским послом в Китае.
Крейн одним из первых в США собрал большую коллекцию русского искусства. В коллекции были русские иконы, "Два дервиша из Туркестана" Верещагина, "Двор мечети в Каире" Билибина, "Сани" (с царящим в середине полотна крупом лошади) Малявина. Чарльз Крейн часто прямо заказывал художникам картины. Например, Николаю Рериху — "Ростовский кремль" (1922).
Крейн спонсировал чешского художника Альфонса Муху, чтобы тот смог написать "Славянскую эпопею" — двадцать огромных полотен, посвященных главным событиям из истории славян, и подарить их Праге. Специально для Чарльза Крейна Муха написал уменьшенный вариант "Освобождения русских крестьян от крепостной зависимости" — собор Василия Блаженного над группками растерянных крестьян на снегу.
Когда в СССР был разграблен Данилов монастырь Крейн при помощи археолога Томаса Виттемора купил колокола со звонницы монастыря и подарил их Гарвардскому университету.