Este viajero llegó por primera vez a México en el año de 1857 con el patrocinio del gobierno francés. Su recorrido cubrió Orizaba, Minatitlán, y el puerto en Veracruz, la Ciudad de México, Tehuacán en Puebla, Mitla, en Oaxaca, Izamal, Uxmal, Chichén Itzá y Mérida, Campeche, la Península de Yucatán y Palenque, San Cristóbal, Tuxtla y Yajalón en Chiapas. La narración de su expedición, que duró hasta 1860, salió en un libro titulado Ciudades y ruinas americanas, que tres años después se publicó en París, Francia. Dos años antes sacó a luz pública el Álbum Fotográfico Mexicano, que contiene 25 impresiones fotográficas, con vistas de paisaje, arquitectura civil y religiosa de los lugares antes mencionados. Algunos investigadores han señalado que entre los años de 1864 y 1867, quizás Charnay estuvo en México y tuvo una participación en la invasión de Francia a nuestro territorio, aunque no se han encontrado evidencias documentales contundentes de ello. En 1880 regresó a México como miembro de una Comisión Científica auspiciada por el gobierno francés y con el apoyo financiero del rico neoyorquino de ascendencia gala Pierre Lorrilard. El siguiente año hizo un recorrido por Veracruz, Córdoba, Orizaba, la Ciudad de México, Tenango del Aire, Amecameca, los volcanes Popocatépetl e Iztaccíhuatl, Tula, Teotihuacan, Comalcalco, Tabasco, Jonuta y Palenque. En 1882, en su tercer viaje, visitó toda la zona maya hasta llegar a Tikal en Guatemala y Copán en Honduras. En el libro Las antiguas ciudades del Nuevo Mundo que apareció en lengua francesa en 1885 y en inglés en 1887, en Norteamérica, integró la información recabada durante todos sus viajes de exploración entre los años 1857-1861, 1880-1881 y 1882 en el territorio mexicano. Claude-Joseph le Désiré Charnay visitó por última vez México en 1886.