Filho de Ed Boyle e Karen Cornell, Chris e seus irmãos trocaram o sobrenome Boyle pelo sobrenome de solteira de sua mãe (Cornell) quando seus pais se divorciaram.

Seu primeiro instrumento na infância foi o piano, mas iniciou sua carreira como baterista na banda Jones Street Band. Em 1984, junto com o guitarrista Kim Thayil e o baixista Hiro Yamamoto, formou os Soundgarden. Cornell tocava bateria e cantava, mas logo após Scott Sundquist assumir a bateria (tendo sido ocupada definitivamente depois por Matt Cameron), Cornell passa a se dedicar exclusivamente ao vocal. Lançaram, entre outros álbuns, Ultramega OK (1988) e Louder Than Love (1989), tendo boa repercusão no cenário alternativo americano. O primeiro EP da banda, Screaming Life, foi lançado em 1987 pela editora SubPop.

Em 1990, seu amigo Andrew Wood da banda Mother Love Bone morre de overdose de heroína. Cornell resolve homenagear o amigo com duas músicas de sua autoria, "Say Hello To Heaven" e "Reach Down". Junta-se a Jeff Ament e Stone Gossard, ambos membros dos Mother Love Bone, além dos recém recrutados Mike McCready e Eddie Vedder e formam o Temple Of The Dog, que terminou após o fim das gravações de seu único álbum, o auto intitulado Temple Of The Dog. Mike McCready e Eddie Vedder viriam a compor posteriormente o Pearl Jam juntamente com os outros dois integrante, Jeff Ament e Stone Gossard (Matt Cameron, que foi baterista do Soundgarden, também se junta ao Pearl Jam mais tarde).