Manhattan è stata la sua casa e New York il suo mondo per un lungo periodo. Figlio di un’agente immobiliare americana (ed ex ballerina di Broadway) e di un impiegato francese dell’UNICEF, mostra interesse sia per i precetti ebraici della madre che per quelli protestanti del padre. Proprio come fece sua sorella maggiore, l’attrice Pauline Chalamet. La famiglia, come si può immaginare, respira un’atmosfera legata al mondo dello spettacolo, non solo a causa del passato artistico della madre. Suo nonno era lo sceneggiatore Harold Flender, sua nonna la ballerina Enid Rodman Flender, suo zio il regista Rodman Flender e sua zia Amy Lippman, produttrice e sceneggiatrice televisiva. È quasi scontato, quindi, che frequenterà una scuola artistica come la Fiorello H. LaGuardia High School of Music & Art and Performing Arts (anche se da bambino il suo sogno era quello di diventare un calciatore). Ma la recitazione non è l’unico aspetto della sua vita. Crescendo, Chalamet intraprende un intenso percorso multiculturale. Come figlio dei nostri tempi, immerso in un mondo globale dove è praticamente impossibile evitare contaminazioni linguistiche e culturali, riscopre la sua identità francese entrando in contatto con i nonni paterni che vivono nel piccolo villaggio di Le Chambon-sur-Lignon, a due ore da Lione. Ogni estate, la versione americana di Timothée Chalamet lascia spazio a quella francese. Un elemento che lo arricchisce enormemente, anche dal punto di vista dell’arte drammatica. A scuola, gli insegnanti sono colpiti da come Chalamet si confronta con la professione di attore, mostrando un’estrema maturità dietro il suo volto giovane. Dopo il liceo, arriva la svolta con l’iscrizione alla Columbia University per studiare antropologia culturale. Successivamente, si trasferisce alla Gallatin School of Individualized Study della New York University per seguire più liberamente il suo sogno.
Ma non è solo studio. Chalamet ha già accumulato una notevole esperienza nel mondo della pubblicità fin da bambino e ha recitato persino in due cortometraggi horror. Tutto ciò avviene prima del suo debutto televisivo in un episodio del legal drama Law & Order nel 2009, in cui interpreta la vittima giovane di un omicidio. Lo stesso anno, ottiene un ruolo minore anche nel film tv Un amore per Leah, mentre nel 2011 debutta sul palcoscenico con lo spettacolo teatrale Off-Broadway “The Talls”, in cui interpreta Nicholas, un dodicenne degli Anni Settanta alle prese con la sua esilarante curiosità sessuale. La critica comincia a notare il suo talento. Dopo aver recitato in Royal Pains e Homeland (dove interpreta il figlio ribelle del vicepresidente) viene addirittura nominato agli Screen Actors Guild Award insieme al resto del cast per la miglior performance di un ensemble in una serie drammatica.
Il debutto cinematografico avviene nel 2014 con Men, Women & Children, prodotto da Jason Reitman. Sebbene sia un ruolo marginale, aiuta Chalamet a prendere confidenza con i tempi più lunghi e precisi del cinema. Più tardi, nello stesso anno, interpreta Tom Cooper, figlio di Matthew McConaughey, in Interstellar di Christopher Nolan. Il film ottiene successo sia di pubblico che di critica. Il passo successivo è accettare il ruolo di co-protagonista in Worst Friends e in One and Two. In particolare, quest’ultimo film diretto da Andrew Droz Palermo gli offre ampie opportunità attoriali. Il personaggio di Zac, un ragazzo che con sua sorella esplora le insolite abilità soprannaturali e i oscuri segreti della loro famiglia, si adatta perfettamente a Chalamet, che cerca di portare la sua performance ai massimi livelli, nonostante il film non ottenga un successo completo. Il suo ruolo successivo è quello della versione adolescente di Stephen Elliott, interpretato da James Franco in età adulta, in Le verità sospese di Pamela Romanowsky. Alla sua filmografia si aggiungono anche la commedia natalizia Love the Coopers e Miss Stevens.