Chalamet werd in 1995 geboren en groeide op inHell's Kitchen (Manhattan) als zoon van de Amerikaanse vastgoedmakelaar en voormaligBroadway-danseres Nicole Flender en van de Fransman Marc Chalamet, geboren inNîmes en opgegroeid inLille (Rijsel), een redacteur bijUNICEF en deVerenigde Naties. Zijn vader is van protestantse afkomst, terwijl zijn moeder van Joodse afkomst is (van Russische en Oostenrijkse Joodse ouders).
Hij heeft een oudere zus, Pauline, een actrice die inParijs woont. Chalamets oom is de filmproducent Rodman Flender; zijn tante is de tv-producer en scenarioschrijfster Amy Lippman en zijn grootvader (van moeders kant) was de scenarioschrijver Harold Flender. Tijdens zijn jeugd verbleef hij met zijn gezin vooral in Hell's Kitchen, maar ging ook naarLe Chambon-sur-Lignon, een klein Frans dorpje op twee uur rijafstand vanLyon, waar familieleden van zijn vader wonen.
Chalamet trad op jonge leeftijd al op inreclamespots en acteerde in enkele korte horrorfilms voordat hij in 2009 zijn televisiedebuut maakte in een aflevering van de populaire politieserieLaw & Order, gevolgd door een klein rolletje in detelevisiefilmLoving Leah. In 2011 debuteerde hij op het toneel in hetOff-Broadway-toneelstukThe Talls. Hij kreeg voor zijn rol positieve kritieken van de theatercriticus vanNew York Daily News.[1]
Chalamet werd toegelaten aan deFiorello H. LaGuardia High School of Music & Art and Performing Arts waar hij in 2013 afstudeerde. Hij speelde in verschillende producties van de school, onder andere als Emcee inCabaret en als Oscar Lindquist inSweet Charity.[2]
In 2012 had hij terugkerende rollen in de televisieseriesRoyal Pains enHomeland. Voor deze laatste werd hij met de volledige cast genomineerd voor deScreen Actors Guild Award for Outstanding Performance by an Ensemble in a Drama Series.[3]
Chalamets doorbraak kwam er in 2017 met de hoofdrol inLuca Guadagnino’sCall Me by Your Name, een film die in première ging op hetSundance Film Festival, gevolgd door rollen in onder andere het bekroondeLady Bird.[4][5] Voor zijn rol inCall Me by Your Name kreeg hij onder meer een Oscar-nominatie.
Chalamet had vanaf 2018 een relatie metLily-Rose Depp, de dochter vanJohnny Depp enVanessa Paradis, die hij leerde kennen op de set van de filmThe King. Het stel was anderhalf jaar bij elkaar.[6] In 2023 begon Chalamet een relatie metKylie Jenner.[7]