Dopo aver trascorso la prima giovinezza ad Akron (Ohio), all'età di 17 anni McGraw si arruolò in Marina, ritornò quindi ad Akron per frequentare l'università, ma decise di abbandonare gli studi per intraprendere la professione di attore[1]. Dopo una breve parentesi sul ring, alla fine degli anni trenta raggiunse il successo recitando a Broadway nel dramma Golden Boy di Clifford Odets e, nel 1942, si trasferì a Hollywood[1], iniziando ad apparire sul grande schermo in ruoli minori e spesso non accreditati.
Dopo aver prestato il servizio militare durante la seconda guerra mondiale, ottenne il primo ruolo cinematografico di rilievo nel noirI gangsters (1946), in cui interpretò Al, uno dei due sicari (con William Conrad) che giungono in una piccola città per tentare di assassinare il protagonista, l'ex pugile Pete Swede Lunn (Burt Lancaster). La carriera di McGraw prese slancio e l'attore inaugurò una serie di incisive caratterizzazioni in film polizieschi, favorito dal proprio aspetto vigoroso, dalla voce roca e dai lineamenti marcati che ne fecero un perfetto interprete nel genere noir. Tra le sue migliori interpretazioni, sono da ricordare Il suo tipo di donna (1951), nel ruolo del bieco boss Thompson, Roadblock (1951), nella parte di Honest Joe, un agente assicurativo che diventa ladro per amore, e Le jene di Chicago (1952), in cui interpretò da protagonista il rude poliziotto Walter Brown, chiamato a proteggere la vedova di un boss (Marie Windsor).
Il suo talento si prestò anche al genere western, come in Lo sperone insanguinato (1958) e Cimarron (1961), e nel film di denuncia La parete di fango (1958), in cui interpretò il capitano di polizia Frank Gibbons, ottuso uomo di legge assetato di sangue[1]. Notevoli anche le apparizioni ne Il meraviglioso paese (1959), in cui impersonò il Dr. Stovall, l'affabile medico di un villaggio del Texas nei pressi del confine messicano, nel colossalSpartacus (1960) di Stanley Kubrick, in cui interpretò Marcello, il brutale istruttore dei gladiatori che finisce in una caldaia di liquido bollente, e nel thriller Gli uccelli (1963) di Alfred Hitchcock, in cui vestì i panni del solitario pescatore Sebastian Sholes.
Sposato dal 1938 al 1967 con Freda Choy Kitt, da cui ebbe un figlio, McGraw perse la vita il 30 luglio 1980, all'età di 66 anni, per un tragico incidente domestico. Tagliatosi nella porta a vetri della doccia, nella sua abitazione di Studio City (California), l'attore morì dissanguato in seguito alle gravi ferite riportate[1].
Nel 2007 è stata pubblicata una biografia di McGraw, scritta da Alan K. Rode, intitolata Charles McGraw: Biography of a Film Noir Tough Guy, raccolta di aneddoti che vanno dal servizio militare prestato dall'attore durante la seconda guerra mondiale fino alla tragica morte, passando per la brillante carriera cinematografica.
Nelle versioni in italiano dei suoi film, Charles McGraw è stato doppiato da:
Bruno Persa in Scialuppe a mare, Il ritorno di Joe Dakota, Lo sperone insanguinato, La parete di fango, Il capitano dei mari del sud, Il meraviglioso paese, Spartacus, Cimarron
Luigi Pavese in Gli ultimi giorni di uno scapolo, Mercanti di uomini, I filibustieri delle Antille