Jan Charouz commence sa carrière en monoplace au début des années 2000, en passant par la Formule BMW et la Formule Renault 2.0. En 2006, il se distingue dans le championnat F3000 International Masters, qu'il remporte avec l'écurie Charouz Racing System. Cette performance lui permet d'intégrer l'équipe nationale tchèque pour le championnat A1 Grand Prix, qu'il dispute entre 2006 et 2007.

A partir de 2007, il se tourne vers l'endurance et rejoint l'écurie officielle Aston Martin Racing. Il participe régulièrement aux 24 Heures du Mans et aux Le Mans Series. L'année 2009 marque le sommet de sa carrière en sport-prototype : au volant de la Lola-Aston Martin B09/60, il décroche le titre de champion des Le Mans Series en catégorie LMP1 aux côtés de Tomáš Enge et Stefan Mücke. Il termine également quatrième au classement général des 24 Heures du Mans la même année, signant ainsi la meilleure performance d'une voiture à moteur essence face aux prototypes diesel.

En 2010, il accède au statut de pilote d'essais pour l'écurie Renault F1 Team. Il concilie ses responsabilités de développement avec des engagements en Formule Renault 3.5 et en Auto GP. En 2011, il reste présent dans le milieu de la Formule 1 en tant que pilote de réserve pour Lotus Renault GP. Cette collaboration lui offre l'opportunité de participer à la première séance d'essais libres du Grand Prix du Brésil 2011, sur le circuit d'Interlagos, où il pilote une HRT F111.

En 2012, il revient à plein temps en endurance pour la saison inaugurale du Championnat du monde d'endurance. Il s'engage en catégorie LMP2 avec l'équipe ADR-Delta. Au volant d'une Oreca 03-Nissan, il monte plusieurs fois sur le podium de sa catégorie et se classe cinquième de sa classe aux 24 Heures du Mans. Après une dernière participation aux 24 Heures du Mans en 2014 avec Sébastien Loeb Racing, il réduit ses activités de pilote titulaire.

Il entame alors une reconversion dans la gestion sportive et les médias. Il devient consultant et commentateur principal des Grands Prix de Formule 1 pour les chaînes de télévision tchèques et slovaques. Parallèlement, il occupe des fonctions de direction au sein de la structure familiale Charouz Racing System, devenue une écurie majeure dans les championnats de Formule 2 et de Formule 3 de la FIA, qui accompagne le développement de jeunes pilotes vers le haut niveau international.