เจ้าหญิงโจเซฟีน-ชาร์ล็อตประสูติเมื่อในวันที่ 11 ตุลาคม พ.ศ. 2470 ณ พระราชวังหลวง กรุงบรัสเซลส์ เป็นพระธิดาพระองค์ใหญ่ในดยุกแห่งบราบันต์ (สมเด็จพระราชาธิบดีเลโอโปลด์ที่ 3) และดัชเชสแห่งบราบันต์ พระวรชายา (เจ้าหญิงแอสตริดแห่งสวีเดน) อีกทั้งยังเป็นพระราชนัดดาในสมเด็จพระราชาธิบดีอัลแบร์ที่ 1 แห่งเบลเยียมด้วย ในวัยเยาว์พระองค์ประทับในปราสาทสตุยเว็นแบร์ก อันเป็นตำหนักของพระชนกและพระชนนีในเขตพระราชฐานของเมืองเลเค็น และที่กรุงสต็อกโฮล์ม อันเป็นที่ประทับของเจ้าชายคาร์ล ดยุกแห่งวาสเตอร์เกิตแลนด์ และ เจ้าหญิงอินเกบอร์กแห่งเดนมาร์ก พระอัยกาและพระอัยยิกา ในวันที่ 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2477 พระชนกเสวยราชสมบัติสืบต่อพระบรมอัยกาเป็นสมเด็จพระราชาธิบดีเลโอโพลด์ที่ 3 แห่งเบลเยียม และในปีต่อมา เมื่อพระชนกและพระชนนีเสด็จประพาสประเทศสวิตเซอร์แลนด์เป็นการส่วนพระองค์ สมเด็จพระราชินีแอสตริดได้สิ้นพระชนม์จากอุบัติเหตุทางรถยนต์ เมื่อรถพระที่นั่งสูญเสียการควบคุมบริเวณโค้งอันตรายบนถนนที่ลมแรงและแคบ

เจ้าหญิงทรงเข้าโรงเรียนครั้งแรกที่พระราชวังหลวง ที่มีห้องเรียนเล็กๆ ห้องหนึ่งจัดไว้สำหรับพระองค์ ต่อมาในปลายปี พ.ศ. 2483 พระองค์ทรงเข้าเรียนในโรงเรียนประจำแห่งหนึ่งและจากนั้นได้ทรงศึกษากับพระอาจารย์ส่วนพระองค์อีกหลายคน เมื่อวันที่ 7 มิถุนายน พ.ศ. 2483 หลังจากกองกำลังสัมพันธมิตรขึ้นบกที่เมืองนอร์มังดี ประเทศฝรั่งเศส เจ้าหญิงและพระชนกทรงถูกส่งที่ประเทศเยอรมนีและถูกกักบริเวณภายในตำหนัก สมาชิกในพระราชวงศ์ทั้งหมด อันมีพระอนุชาทั้งสองคือ เจ้าชายโบดวงและเจ้าชายอัลแบรต์ รวมไปถึงแมรี ลิเลียน บาเอลส์ เจ้าหญิงแห่งเรธี พระมารดาเลี้ยง ได้รับอิสรภาพในวันที่ 7 พฤษภาคม พ.ศ. 2488 และได้เสด็จไปประทับที่เมืองเพรนญี ใกล้กับเมืองเจนีวา ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ อันเนื่องมาจากปัญหาเกี่ยวกับการร่วมมือที่ถูกกล่าวอ้างของกษัตริย์เลโอโพลด์กับนาซีเยอรมันทำให้ไม่สามารถเสด็จกลับประเทศเบลเยียมได้ จึงได้ทรงแต่งตั้งให้เจ้าชายชาร์ลส์ พระอนุชาเป็นผู้สำเร็จราชการแทนพระองค์ ขณะที่ทรงลี้ภัย

เจ้าหญิงโจเซฟีน-ชาร์ล็อตทรงศึกษาต่อใน École Supérieure de Jeunes Filles เมืองเจนีวา ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ แล้วทรงศึกษาวิชาจิตวิทยาเด็กที่มหาวิทยาลัยเจนีวา เมื่อเสด็จกลับประเทศเบลเยียม พระองค์ทรงปฏิบัติพระราชภารกิจทางการนานัปการ ในขณะเดียวกันก็ทรงอุทิศพระองค์กับปัญหาด้านสังคม และพัฒนาความสนพระทัยในศิลปะเพิ่มมากขึ้นด้วย