31-åringen hade offentligt avslöjat att hon väntade sitt tredje barn under en konsert i maj.
I ett uttalande på hennes Twitter-konto på måndagen sades det: "Charlotte och Jonny är mycket ledsna över att kunna meddela att de förlorat sitt barn. Nu är en tid för sorg och att vara tillsammans som familj.
"Vi ber alla att respektera den freden."
Den Cardiff-födde stjärnan och hennes partner, musikern Jonny Powell, har varit tillsammans i sju år.
Hon är redan mor till nioåriga Ruby och Dexter, åtta från sitt tidigare förhållande med Gavin Henson.
Singer Charlotte Church har förlorat sitt ofödda barn, har hon meddelat.