Licencié au Racing Club de France de Paris, il remporte trois titres de champion de France, sur 1 500 mètres en 1906, sur 400 m haies en 1912 et sur 400 m en 1913. Il participe aux Jeux olympiques de 1912 de Stockholm où il est éliminé au premier tour du 200 m et du 800 m, et atteint les demi-finales du 400 m. En fin de compétition, Charles Poulenard remporte la médaille d'argent du relais 4 × 400 mètres, nouvelle épreuve olympique, en compagnie de Pierre Failliot, Charles Lelong et Robert Schurrer. L'équipe de France établit le temps de 3 min 20 s 7 et est devancée par l'équipe des États-Unis.
Entre les deux guerres, il repère Jules Ladoumègue, dont il devient l'entraîneur et le mentor.