Timothée Chalamet nasceu em Manhattan, Nova Iorque. Filho de Marc Chalamet, editor da UNICEF e Nicole Flender, ex-dançarina da Broadway. Ficou conhecido por seus trabalhos em Me Chame Pelo Seu Nome (2017), Lady Bird - A Hora de Voar (2017) e na série Homeland (2011). O ator está escalado para protagonizar o filme Duna, em 2021.

Sua estreia na TV se deu em um episódio de Law & Order, em 2009, interpretando uma vítima de assassinato. No mesmo ano, participou do telefilme Loving Leah.

Em 2012, teve um papel de destaque na aclamada série Homeland, interpretando Finn Walden, o rebelde filho do vice-presidente. Junto com o restante do elenco, Chalamet foi indicado ao prêmio Screen Actors Guild de Melhor Performance em uma série dramática.

Estreou no cinema atuando em Homens, Mulheres e Filhos, em 2014. No mesmo ano, participou do blockbuster Interestelar, contracenando com Matthew McConaughey, Anne Hathaway e Michael Caine. O longa foi sucesso de crítica e de bilheteria.

Em um dos maiores sucessos da carreira, Chalamet estrelou Me Chame Pelo Seu Nome, baseado no romance de mesmo nome. O ator ganhou o Gotham Independent Film Award por Ator Revelação, e recebeu indicações para um Globo de Ouro, SAG Award, BAFTA Award e Academy Award, todos de Melhor Ator.

Ainda em 2017, estrelou outro papel de sucesso, com o hipster Kyle Scheible, interesse amoroso de Saoirse Ronan em Lady Bird - A Hora de Voar. Nesse mesmo ano, também atuou nos longas Hot Summer Nights e Hostis.

Em 2018, dirigido por Woody Allen, dividiu as telas com Elle Fanning e Selena Gomez, em Um Dia de Chuva em Nova York. O ator doou todo seu cachê do filme para instituições de caridade após o diretor ser acusado de agressão sexual.

No ano seguinte, mais dois filmes de sucesso entraram para a filmografia do ator: O Rei (2019), drama da Netflix, e Adoráveis Mulheres (2019), ao qual dividiu as telas com Saoirse Ronan, Emma Watson e Florence Pugh.

Timothée Chalamet viveu Paul Atreides, na adaptação de Duna, dirigido por Denis Villeneuve, em 2021 e em 2024.

Em 2025, o ator viveu Marty no filme Marty Supreme e garantiu uma indicação ao Globo de Ouro 2026, na categoria Melhor Ator (Comédia ou Musical).