Харон был открыт американским астрофизиком Джеймсом Кристи 22 июня 1978 года на снимке, полученном в Военно-морской обсерватории США, Флагстафф, Аризона. Плутон на полученном снимке имел слегка продолговатую форму, в то время как звезды, которые были на той же фотографии, запечатлелись без искажений. Однако, еще за год до этого, существование Харона теоретически предсказал советский астрофизик Ролан Ильич Киладзе.

Сообщение об открытии Джеймсом Кристи первого спутника Плутона было опубликовано Международным астрономическим союзом 7 июля 1978 года. После проверки архивов обсерватории выяснилось, что некоторые изображения Плутона, снятые в условиях прекрасной видимости, также слегка вытянуты, в то время как изображения звезд - нет. Это можно было объяснить наличием у Плутона спутника, находящегося настолько близко к нему, что разрешения телескопа не хватало, чтобы увидеть их раздельно.

Важно отметить, что после открытия Харона была опровергнута теория, что Плутон был некогда спутником Нептуна. Кристи продолжил исследования и обнаружил, что эти наблюдения могут быть объяснены, если орбитальный период спутника составляет 6,387 дня, а максимальное угловое удаление от планеты - примерно 1 секунду дуги.

Эти выводы подтвердились в период с февраля 1985 года по октябрь 1990 года, когда с Земли наблюдались чрезвычайно редкие явления: попеременные взаимные затмения Плутона и Харона. Попадание Земли в плоскость орбиты Харона, позволяющее наблюдать эти затмения, происходит лишь дважды на протяжении 248-летнего орбитального периода Плутона, и, к счастью, это событие произошло вскоре после открытия спутника.

Поскольку период обращения Харона - чуть меньше недели, затмения повторялись каждые трое суток, и за пять лет произошла большая серия этих событий. Эти затмения позволили составить «карты яркости» и получить хорошие оценки радиуса Плутона и Харона.

Первые изображения Плутона и Харона в виде отдельных дисков были сняты телескопом «Хаббл» в 1990-х годах. Позже, с развитием адаптивной оптики, появилась возможность видеть отдельные диски Плутона и Харона с использованием наземных телескопов.

Система Плутона, включая Харон, была подробно исследована с близкого расстояния американским космическим аппаратом «Новые горизонты» в 2015 году. Для Харона, как и для Плутона, была заснята как видимая при максимальном сближении сторона, так и обратная.

Прекрасная чувствительность и угловое разрешение LORRI показало Харон точно в предсказанном положении относительно Плутона, спустя 35 лет после его открытия Джеймсом Кристи. Камера сделала снимки Плутона и Харона при гораздо большем фазовом угле, чем можно достигнуть с Земли или околоземной орбиты.