ชาร์เพลสเกิดเมื่อวันที่ 28 เมษายน ค.ศ. 1941 ในนครฟิลาเดลเฟีย รัฐเพนซิลเวเนีย เขาใช้ชีวิตวัยเด็กในช่วงฤดูร้อนที่บ้านพักตากอากาศของครอบครัวริมแม่น้ำแมนัสกวานในรัฐนิวเจอร์ซีย์ ที่ซึ่งทำให้เขาสนใจการตกปลาเป็นงานอดิเรกนับตั้งแต่นั้น[3] ชาร์เพลสจบการศึกษาจากโรงเรียนเฟรนส์เซนทรัลใน ค.ศ. 1959[4] และเข้าศึกษาต่อที่วิทยาลัยดาร์ตมัธจนจบศิลปศาสตรบัณฑิตใน ค.ศ. 1963 แต่เดิมชาร์เพลสตั้งใจจะเข้าศึกษาคณะแพทยศาสตร์ แต่อาจารย์ที่ปรึกษาโน้มน้าวให้เขาเรียนเคมีต่อหลังจบปริญญาตรี[5] ชาร์เพลสจบการศึกษาระดับปริญญาเอกด้านเคมีอินทรีย์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดใน ค.ศ. 1968 โดยมีอาจารย์ที่ปรึกษาได้แก่ยูจีน แวน ทาเมเลน[6] เขาทำงานวิจัยหลังปริญญาเอกด้านเคมีโลหอินทรีย์กับเจมส์ พี. คอลล์แมนที่สแตนฟอร์ดจนถึง ค.ศ. 1969 ก่อนจะย้ายไปมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดเพื่อศึกษาด้านวิทยาเอนไซม์ในกลุ่มปฏิบัติการของค็อนราท เอ. บล็อค ระหว่าง ค.ศ. 1969 และ 1970[5]