En octubre de 2011, Puth ganó un concurso de covers con 'Someone like You' de Adele, interpretado con Emily Luther. Ambos fueron invitados al show de Ellen DeGeneres y se les ofreció firmar un contrato con la discográfica eleveneleven de DeGeneres. Posteriormente firmó con Atlantic Records y con Meghan Trainor publicó el single 'Marvin Gaye' que fue hit internacional. Mayor relevancia tuvo el tema 'See you again', grabado con Wiz Khalifa incluido en la banda sonora de Fast & Furious 7. En mayo de 2018 se publicó su segundo álbum 'Voicenotes' con canciones como 'Attention', 'How long' y 'The way I am'. En junio de 2019 Charlie Puth decide raparse el pelo al cero​ y con esta nueva imagen comienza lo que él mismo llama "Una nueva era". Ha publicado desde entonces varios singles y en octubre de 2022 apareció su tercer álbum, ‘Charlie’. Su publicación más reciente fue el sencillo ‘Changes’ en 2025.