Воспитывался во Франции и в Германии. С детства отличался замечательной способностью рисовать акварелью насекомых. В 1860 году вернулся в Англию, а затем отправился в Северную Америку и поселился сначала в Иллинойсе, а затем в Чикаго, где занялся репортерством в «Evening» (переименованном в «Prairie Farmer»), причём вскоре стал главным его сотрудником по земледельческой ботанике и энтомологии. Впоследствии обнародовал свои исследования над метаморфозом насекомых.
В 1868 году приглашён штатом Миссури на специально для него созданный пост энтомолога (State Entomologist) в Сент-Луи. Затем совершил несколько поездок во Францию для изучения вредных для винограда насекомых. С 1878 года в Вашингтоне директор и профессор энтомологического отдела департамента земледелия. Райли считается одним из лучших знатоков вредных насекомых. Ему принадлежит заслуга применения паразитов вредных насекомых в борьбе с ними. Число научных работ Райли колоссально: по списку, изданному вашингтонским департаментом земледелия в 1890 году, число работ за период 1863—89 гг. равнялось 1554. Многие из них вышли отдельным изданием, но большинство опубликовано главным образом в журналах: «Prairie Farmer», «Annual Report of the Entomologist», «Amer. Assoc. Advanc. science», «Trans. S.-Louis Acad. science», «Biol. Soc. Washington», «Ann. Rep. Missouri Bot. garden», «Scientific American», «American Entomologist», «Insect Life» (последний основал и редактировал сам Райли). Более крупные работы перечислены в «Annales Soc. Entom. France», LXV, 1896, стр. 634—640.
Божья коровка Родолия (Rodolia cardinalis) является первым видом насекомых, успешно использованным для биологического контроля вредителей. Когда в 1880-х в Калифорнии случилась сильная вспышка численности червеца, поставившая фермеров, выращивавших апельсины, на грань разорения, Чарлз Валентайн Райли предположил, что можно попытаться найти естественного врага червеца и использовать его для уничтожения вредителя. 12 июня 1889 года было роздано 10 555 божьих коровок 228 садоводам. К 18 октября 1889 года коровки освободили плантации от червеца. Поставки апельсинов из округа Лос-Анджелес за год увеличились с 700 до 2000 вагонов. Родолия была названа чудом энтомологии.[1]