Cao Thế Chiến sinh năm 1926 tại xã Quảng Hải, huyện Quảng Trạch (nay thuộc thị xã Ba Đồn, tỉnh Quảng Bình). Năm 1947, ông nhập ngũ, trưởng thành từ chiến sĩ lên cán bộ đại đội (Đại đội phó Đại đội 2, Trung đoàn 101, Sư đoàn 325, Quân đoàn 2).
Cao Thế Chiến đã tham gia 50 trận đánh, nhiều trận gặp tình huống cam go, phức tạp nhưng đồng chí vẫn bình tĩnh, linh hoạt chỉ huy phân đội đánh thắng địch, hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ.
Đặc biệt, tại trận đánh ở khu vực Na Kham trong Chiến dịch Trung Lào năm 1954, Cao Thế Chiến đã chỉ huy đại đội kiên cường chiến đấu đuổi đánh địch ra khỏi trận địa. Tuy bị thương một chân nhưng Cao Thế Chiến đã lệnh cho anh em tiếp tục đánh đuổi địch đang tháo chạy, còn mình thì ở lại chiếm lĩnh các lô cốt, giao thông hào.
Trong hai giờ chiến đấu liên tục, đồng chí Cao Thế Chiến đã dùng súng trung liên tiêu diệt 60 tên, góp phần giữ chân địch, tạo điều kiện để Tiểu đoàn 328 (Sư đoàn 325) phối hợp với các chiến sĩ của Trung đoàn 101 đánh tan toàn bộ 3 tiểu đoàn địch.
Sau trận đánh, đồng chí Cao Thế Chiến đã anh dũng hy sinh. Khi trái tim anh ngừng đập, tay và vai anh vẫn giữ chắc khẩu trung liên trong tư thế chiến đấu, phía trước là ngổn ngang xác địch.
Biểu dương công lao của anh trong sự nghiệp quốc tế cao cả, Đảng, Nhà nước đã truy tặng liệt sĩ Cao Thế Chiến danh hiệu Anh hùng LLVT nhân dân và Huân chương Quân công hạng Nhì.
Hiện nay, khẩu súng trung liên do Anh hùng, liệt sĩ Cao Thế Chiến sử dụng trong chiến đấu được Bảo tàng Quân đoàn 2 trưng bày tại vị trí trang trọng nhằm tuyên truyền cho nhân dân địa phương và cán bộ, chiến sĩ trong đơn vị về tinh thần sẵn sàng vượt mọi khó khăn, anh dũng chiến đấu, sẵn sàng hy sinh vì độc lập dân tộc.