Monde : Etats Unis

Sa carrière de cinéma décolle au début des années soixante, notamment grâce à son rôle de Bernardo O'Reilly, un bûcheron irlando-mexicain engagé par Chris Adams (Yul Brynner) pour aider les habitants d'un petit village du Mexique fréquemment attaqué par une troupe de bandits mexicains, dans Les Sept Mercenaires de John Sturges.

Trois ans plus tard, John Sturges lui propose de jouer dans La Grande Évasion, mais au grand dam de Charles Bronson, las d'être cantonné au second plan, il propose le rôle principal à un autre des mercenaires : Steve McQueen.

En 1964, Sergio Leone lui propose d'être « L'homme sans nom » dans Pour une poignée de dollars, film qui ouvre la célèbre « Trilogie du dollar » du réalisateur italien. Un rôle-titre pour un film qui allait connaître le succès que l'on sait... sauf que Sergio Leone n'a pas encore conquis le monde et que Charles Bronson est trop cher pour le budget du film. Une première occasion manquée.

En 1967, il interprète à contre-cœur Joseph T. Wladislaw dans Les Douze Salopards, un film de guerre américain signé Robert Aldrich.

En 1968, il incarne le rôle qui fait toujours sa célébrité aujourd'hui, celui de « l'Homme à l’harmonica », dans le chef-d'œuvre de Sergio Leone Il était une fois dans l'Ouest. Mais ce dernier rôle ne lui était pourtant pas destiné à l'origine. Le réalisateur italien souhaite en effet reformer son trio gagnant de Le Bon, la Brute et le Truand. Problème : Clint Eastwood refuse. Sergio Leone envisage de confier ce rôle du mutique cowboy à Warren Beatty, Terence Stamp, et même à Jean-Paul Belmondo. C'est finalement bien Charles Bronson qui est choisi.

Cette même année, le 5 octobre 1968, il épouse l'actrice anglaise Jill Ireland avec laquelle il vit jusqu'au décès de celle-ci, victime d'un cancer du sein le 18 mai 1990 et avec qui il tourne de nombreux films.

En 1971, il interprète Link Stuart, un hors-la-loi qui s'associe à un samouraï (Toshirô Mifune) pour livrer bataille contre son ancien bras droit (Alain Delon), dans Soleil rouge de Terence Young.