Prins Jacques står näst i kön till Monacos tron, en rik furstendöme på den södra franska kusten.
Enligt ett uttalande gick det bra för båda barnen. Gabriella föddes först, och Jacques anlände två minuter senare.
Deras far är prins Albert II, 56, son till den avlidne Hollywoods skådespelerskan Grace Kelly. Charlene, 36, är en zimbabwisk-född före detta olympisk simmare.
Paret gifte sig 2011.
Prinsen har två andra barn, men de är utestängda från tronen eftersom de föddes utanför äktenskapet.
Inför födelsen sa prins Albert att det första barnet som skulle födas skulle bli nästa i raden, om tvillingarna var samma kön.
Men eftersom tvillingarna är blandade kön, tar Jacques rollen, på grund av Monacos arvslagar som gynnar män.
Tvillingarnas kön hade hållits hemligt även för deras far under Charlenes graviditet.
Fyrtiotvå kanonskott avfyrades för att markera bebisarnas ankomst, 21 för varje spädbarn.
Det är första gången tvillingar har fötts till Monacos kungliga familj sedan den grundades på 13th Century.
Monacos prinsessa Charlene har fött tvillingbarn, Gabriella och Jacques, slottet har meddelat.