Neefe stammt aus einer alteingesessenen Handwerkerfamilie in Chemnitz; er war der Sohn des Schneiders Johann Gottlieb Neefe und dessen Ehefrau Rosina Weyrauch. Mit 12 Jahren kam Neefe als Chorknabe an die Stadtkirche St. Jakobi und erhielt dort seinen ersten musikalischen Unterricht durch den Organisten Johann Friedrich Wilhelmi, der ihn sehr förderte. Er erhielt auf Vorschlag seiner Lehrer ein Stipendium der Stadt Chemnitz und konnte dadurch mit 19 Jahren an der Universität Leipzig Jura studieren. Das Erste Staatsexamen legte er 1771 ab.
Bereits während seines Studiums machte Neefe die Bekanntschaft des Komponisten Johann Adam Hiller. Als Hiller 1771 seine Private Singschule in Leipzig gründete, wurde Neefe einer seiner ersten Schüler.
Eine seiner ersten größeren Arbeiten für Hiller waren zehn Arien, die Neefe für dessen Oper "Der Dorfbarbier" komponierte. Infolge dieser Zusammenarbeit und als Hillers Meisterschüler wurde Neefe 1776 auch dessen Nachfolger als musikalischer Leiter von Abel Seylers Theatergesellschaft. Zusammen mit diesem Ensemble gastierte er u. a. in Dresden, Frankfurt am Main, Mainz und Köln.
Neefe heiratete in Leipzig die Schauspielerin Susanna Zinck. Mit ihr hatte er drei Töchter, darunter Margarete, die spätere Ehefrau des Schauspielers Ludwig Devrient, und drei Söhne, darunter den späteren Maler Hermann Josef Neefe.
1779 musste die Seyler’sche Theatergesellschaft – trotz bemerkenswerter künstlerischer Leistungen und Erfolge – Konkurs anmelden. Noch im selben Jahr bekam er eine Anstellung als Komponist und Musikdirektor im Ensemble von Gustav Friedrich Großmann und Karl Hellmuth am kurfürstlichen Nationaltheater in Bonn. Dort berief man Neefe 1781 auch zum Nachfolger des Hoforganisten Gilles van der Eeden.
Zum Aufgabenbereich des Organisten gehörte auch die Ausbildung des musikalischen Nachwuchses. Neefe unterrichtete in den Fächern Klavier, Orgel und Komposition. Sein berühmtester Schüler wurde ab 1782 Ludwig van Beethoven. Neefe war es auch, der als Erster Werke des jungen Beethoven veröffentlichte – so die Variations pour le Clavecin sur une Marche de Mr. Dressler.
Neefe konnte Ludwig van Beethoven mit Unterstützung des Hofes auch auf eine Studienreise nach Wien schicken; zu dieser Zeit ein Zentrum der europäischen Musik. Ausgestattet mit einem Empfehlungsschreiben des Kölner Erzbischof Maximilian Franz von Österreich sollte Beethoven, wenn auch nur für kurze Zeit, Schüler von Mozart werden. Beethoven kam jedoch schon nach kurzer Zeit zurück, da seine Mutter schwer krank war und im Sterben lag.
Politisch interessiert, gehörte Neefe in der kurkölnischen Residenzstadt zu den bekanntesten Aufklärern. In Bonn war er wie seine Kollegen Franz Anton Ries und Nikolaus Simrock Mitglied der Minervalkirche Stagira des Illuminatenordens. Nach deren Auflösung wurde er Gründungsmitglied der Bonner Lesegesellschaft.
In Neuwied war Neefe Mitglied der Freimaurerloge Karoline zu den drei Pfauen.
Als die Truppen der Französischen Revolution unter Führung von General Jean-Étienne Championnet 1794 das Rheinland besetzten und am 6. Oktober desselben Jahres Köln einnahmen, war die kurfürstliche Zeit zu Ende. Neefe verlor mit 46 Jahren seine Anstellung in Bonn und versuchte sich mit den Besatzern zu arrangieren. Nach mehreren erfolglosen Bittgesuchen konnte ihn eine seiner Töchter 1796 nach Dessau holen, wo er noch im selben Jahr Musikdirektor der Bosann’schen Theatergesellschaft wurde. Dieses Amt hatte er bis an sein Lebensende inne.
Am 26. Januar 1798 starb Christian Gottlieb Neefe in Dessau im Alter von 50 Jahren.
Christian Gottlob Neefe kam am 5. Februar 1748 als Sohn eines armen Chemnitzer Schneiders zur Welt. Schon früh erkannte der Vater die musische Begabung des Jungen und ließ ihn trotz der bedrückenden Lebensverhältnisse die Chemnitzer Stadtschule abschließen. Dort erhielt der Knabe Unterricht in Gesang und Klavierspiel, machte mit den ihn prägenden musikalischen Lehrbüchern von Marpurg und Carl Philipp Emanuel Bach Bekanntschaft und unterrichtete im Jugendalter bereits selbst Schüler.
Ein Stipendium des Chemnitzer Magistrats ermöglichte ihm zu Ostern 1769 die Aufnahme eines rechtswissenschaftlichen Studiums in Leipzig. Zwar gehörte seine eigentliche Passion der Musik, aber mit Rücksicht auf das ihm gewährte Stipendium schloss er sein rechtswissenschaftliches Studium im Frühjahr 1771 mit dem 1. juristischen Staatsexamen ab.
Im Herbst desselben Jahres wandte sich Neefe endlich ganz der Musik zu. Er blieb in Leipzig, wo Johann Adam Hiller, der spätere erste Gewandhauskapellmeister und Thomaskantor, der Mentor seines musikalischen Schaffens wurde. Zur Sicherung der Lebensgrundlage vermittelte Hiller ihm Schüler aus angesehenen Leipziger Familien und zog ihn zur Mitarbeit an musikalischen Projekten heran. So veröffentlichte Neefe beispielsweise kleinere vokale und instrumentale Beiträge in Hillers "Wöchentlichen Nachrichten".
Überregionale Popularität erlangte er durch seinen Beitrag von zehn Arien zu Hillers Singspiel "Der Dorfbarbier". Durch die Art der Behandlung jener kleinen musikalischen Formen, die ansprechende Melodik und die treffende Personencharakteristik erwies sich seine besondere Begabung gerade für diese Gattung. In seiner bis 1776 währenden Leipziger Zeit komponierte er vier Operetten und eine komische Oper, die in Berlin, Leipzig, Naumburg und Zeitz uraufgeführt wurden. Gleichzeitig wandte er sich der Vertonung Klopstockscher Oden zu. Im Verlauf dieser Arbeiten gelangte Neefe im Ringen um die geeignete musikalische Form zum Prinzip der Strophischen Variation, wodurch er zum Wegbereiter für das Lied des nachfolgenden 19. Jahrhunderts wurde.
Im Sommer 1776 löste der 28jährige Neefe Hiller als Kapellmeister der fahrenden Seylerschen Theatertruppe ab, was ihn aus Leipzig weg und unter anderem nach Dresden, Mainz, Köln und Frankfurt am Main führte und ihm Anerkennung als Pianist, Dirigent, Korrepetitor, als Komponist und Arrangeur eintrug.
Nach seiner Heirat mit der Sängerin Susanne Zinck 1778 ging er mit ihr im folgenden Jahr, die Seylersche Theatertruppe war inzwischen aufgelöst, nach Bonn. Dort übernahm er den Posten des Kapellmeisters am Bonner Kurfürstlichen Nationaltheater, welches von der Truppe Großmann-Hellmuth dauerhaft bespielt wurde.
Als Neefe 1782 die Stelle des Hoforganisten übernahm, wurde ihm der 11jährige Beethoven, den er seit etwa 1780 unterrichtete, als seine Vertretung beigegeben. Neefe hatte Beethoven nicht nur in Klavier, Orgel und Theorie unterrichtet, sondern machte ihn auch mit der Literatur Gellerts und Klopstocks und der Philosophie Kants bekannt. Gemäß den Ideen der Aufklärung strebte er eine allumfassende Bildung für seinen jungen Schüler an.
Mit dem Tod des Kurfürsten Max Friedrich im April 1784 verschlechterte sich Neefes materielle Lage schlagartig. Unter dem neuen Kurfürsten Max Franz halbierte sich sein Hoforganistengehalt und das Bonner Theater schloss wegen des Weggangs von Großmann. Nun war der Musiker fast ausschließlich auf Schüler angewiesen. Gelegentlich flüchtete er sich in die Literatur und schrieb Gedichte, Aufsätze und Skizzen über Fragen der Aufklärung.
Der Einmarsch der Franzosen in Bonn 1794 vernichtete seine Existenzgrundlage nahezu vollständig.
1796 bot der Dessauer Theaterdirektor Neefe eine Stelle als Musikdirektor in Dessau an, die Neefe dankbar annahm, bot sich ihm doch so die Möglichkeit, mit seiner Familie wieder in die Heimatregion überzusiedeln. Die Freude darüber währte allerdings nicht lange, noch nicht 50jährig starb Neefe krank und in Armut zwei Jahre später in Dessau.
Auch wenn der Autoritätsglaube und die Zurückhaltung Neefes den ihm zustehenden Erfolg verhindert haben, so muss festgehalten werden, dass Beethoven nur mit seiner Hilfe und durch sein Engagement zu weitreichendem Ruhm als Künstler und Komponist gelangen konnte.