Честер Карлсон родился 8 февраля 1906 года в городе Сиэтл, Соединенные Штаты Америки. Вырос в небогатой семье. Однако ему удалось окончить колледж в городе Риверсайд, штат Калифорния. В 1930 году получил степень бакалавра по физике в Калифорнийском технологическом институте.

Карлсону устроился инженером в Нью-Йоркскую исследовательскую лабораторию компании «Белл». Затем работал в компании «P.R.Mallory», где возглавил патентный отдел компании. Недостаток образования восполнял вечерней учебой в юридической школе. Необходимость копирования огромного количества документов, в том числе сложных чертежей, привели к мысли о необходимости создания «сухой» фотографии, без сложного процесса проявки. 

Первый оттиск Честер и Отто Корнеи получили в своей домашней лаборатории в городе Нью-Йорк 22 октября 1938 года. Патент на эту технологию получили 6 октября 1942 года. Долгое время безуспешно пытался внедрить изобретение, доказывая, что оно необходимо для бизнеса, но ему по очереди отказали в 20 компаниях.

Удача улыбнулась изобретателю в 1944 году в Battelle Institute, штат Огайо. Там ему предложили усовершенствовать технологию, получившей название «электрофотография». Затем лицензию на дальнейшую разработку и производство копировальных аппаратов приобрела фирма Haloid Company. Местный профессор-филолог придумал термин «ксерография», сам Честер сократил слово до простого «ксерокс».

В 1948 году первые ксероксы появились на рынке под названием Model A. После выпуска в 1959 году первой полностью автоматической модели Xerox 914 компания Haloid сменила название на Xerox Corporation.

Честер Карлсон скончался 19 сентября 1968 года в городе Нью-Йорк, США.

За научные и технические достижения Карлсона наградили медалями Эдварда Лонгстрета, Джона Скотта и Холли. Лауреат премии Горацио Элджера.