1972. È questo l'anno di nascita di una delle attrici che raccoglie nei suoi cromosomi il meglio della recitazione europea.
L'eccezionalità l'ha ereditata da parte di entrambi i suoi genitori. Non è miracolosa, certo, e nemmeno una magia vera e propria, ma la sua qualità recitativa non si può certo dare per scontata, a prescindere dal cognome e, quindi, dalla linea genetica! Perché anche se i tuoi genitori sono due dei più grandi miti della Settima Arte, due nomi che richiamano inevitabilmente la Storia stessa del Cinema, non è detto che tu nasca con le capacità recitative di un veterano del set o del palcoscenico... Anche se, va detto, Chiara Mastroianni ne ha la stoffa. E la stoffa l'ha avuta fin da quando ha iniziato a voler fare il mestiere di mamma e papà.

Una famiglia di leoni cinematografici
Figlia d'arte, suo padre era il mitico di Marcello Mastroianni e la sua mamma è l'attrice più glamour d'Europa Catherine Deneuve, Chiara Mastroianni è la sorellastra di Christian Vadim, nonché della costumista Barbara Mastroianni, ed è quindi la nipote del montatore Ruggero Mastroianni e la cugina dell'attrice Federica Mastroianni.
Fidanzata dell'attore Melvil Poupaud, con il quale ha condiviso gli anni del liceo, è da sempre stata accostata alla madre, dalle copertine di PARIS MATCH fino al debutto cinematografico. Forse perché la sua riuscita professionale è coincisa con il debutto di altrettanti figli d'arte francesi (Guillaume Depardieu e Marie Trintignant) che, come lei, si sono affacciati, ruggendo portentosamente, nella savana del cinema francese.

Esordio
Esordisce nel 1979 nella pellicola di Claude Lelouch A noi due, poi però si iscrive alla Facoltà di Lettere e Cinema, che abbandona molto presto per imparare a recitare.

Il ritorno al cinema
Ritornerà sul set nel 1993 e col botto. Viene infatti nominata al César come miglior promessa femminile per Ma Saison Préférée - La mia stagione preferita (1993) di André Téchiné, dove recita accanto alla madre.

La filmografia negli Anni Novanta
Nel 1994, Robert Altman la affianca a suo padre in Prêt-À-Porter, ma non sarà il solo che avrà il gusto di accostarli. Nella lista figura anche Raoul Ruiz per Tre vite e una sola morte (1996).
Dopo essere stata diretta da Agnès Varda in Les cent et une nuits de Simon Cinéma e da Gregg Araki in Ectasy Generation (1997), diventa una celebrità in patria, dove le viene offerto un posto come giurata al Festival di Cannes nel 1998, mentre al cinema offre una preziosa interpretazione ne Il tempo ritrovato (1999) ancora di Ruiz, trasposizione cinematografica del romanzo di Proust "Alla ricerca del tempo perduto".
Viene diretta dai più grandi registi europei in circolazione: Manoel de Oliveira (La lettera, adattamento del 1999 di "La principessa di Clèves" di Madame de La Fayette); Sergio Castellitto (Libero Burro, 1999) e Francesca Comencini (Le parole di mio padre, 2001). Autori che ne sottolineano le qualità interpretative, come similmente farà Mike Figgis in Hotel (2001), anche se il suo personaggio più strepitoso rimane quello della sorella diametralmente opposta alla protagonista di È più facile per un cammello... (2002) di Valeria Bruni Tedeschi, che ha visto in lei un ritratto sputato della vera sorella, la modella e cantante Carla Bruni.

Il sodalizio artistico con Christophe Honoré
Diretta da Édouard Baer in Aikobon (2005) e da Pascal Thomas in L'heure zéro (2007, che poi la imporrà anche in Le crime est notre affaire), veste i panni della co-protagonista del film di Christophe Honoré Les Chansons d'amour (2007), accanto a Louis Garrel.
Il sodalizio artistico tra Honoré e la Mastroianni si fortificherà lungo tutto la loro carriera. Già l'anno dopo, il regista la rivuole in La Belle Personne, Non ma fille, tu n'iras pas danser (2009, dove ha il suo primo ruolo da protagonista), Homme au bain (2010), Les Bien-Aimés (2011), L'hotel degli amori smarriti (2019) e Marcello mio (2024), dove Honoré la trasforma addirittura in suo padre, Marcello, con indosso il classico abito felliniano nero di 8½.

Altri film
Presta poi la sua voce alla protagonista del lungometraggio animato Persepolis (2007) di Marjane Satrapi e Vincent Paronnaud, che la inseriranno anche in un piccolo cameo nel delizioso Pollo alle prugne (2011), una commedia dal realismo magico con Mathieu Amalric e Isabella Rossellini.
Sempre con Amalric, apparirà in Racconto di Natale (2008) di Arnaud Desplechin, melodramma domestico su malattie genetiche, trapianti di midollo osseo, parenti disorientati e lutti. Continuerà poi a lavorare in un gran numero di pellicole d'oltralpe, molto spesso inedite in Italia (Un chat un chat, Bancs Publics (Versailles rive droite), Americano, Augustine, Les salauds), sotto l'occhio di importanti nomi del cinema francese come Bruno Podalydès, Mathieu Demy e Claire Denis.
Xavier Beauvois la vuole per Il prezzo della gloria (2014) con Roschdy Zem, mentre Benoît Jacquot le fa tirare fuori il meglio del suo sentimentalismo e della sua malinconia quando le offre il ruolo di Sohie in Tre cuori (2014).
Dal 2015 al 2024, continua a lavorare assiduamente sul grande schermo. Recita in Good Luck Algeria (2015), Saint Amour (2013), nel cortometraggio di Sandrine Kiberlain Bonne figure (2016), in Marche on crève (2018), fino a Tutti i ricordi di Claire (2018) di Julie Bertuccelli, La ragazza con il braccialetto (2019) di Stéphane Demoustier e I figli degli altri (2022) di Rebecca Zlotowski.
Infine, nel 2023 e nel 2024, ha ruoli di rilievo rispettivamente in Eureka di Lisandro Alonso e in Langue Étrangère di Claire Burger.

La carriera in tv
Molto attiva anche in televisione, Chiara Mastroianni appare per la prima volta nel piccolo schermo nel 1995, all'interno del film tv 3000 scénarios contre un virus, poi è una guest star in Fiertés del 2018.

Cantante
Inoltre, dopo aver partecipato ai cori dell'album di Benjamin Biolay "Négatif", ha pubblicato un album, "Home" in un duetto con lui.

Vita privata
Oltre al legame con l'attore Melvil Poupaud e con Benicio Del Toro, Chiara Mastroianni ha avuto come compagno di vita per lungo tempo lo scultore Pierre Torreton, che l'ha resa madre per la prima volta nel 1996. La sua seconda figlia, Anna, è invece la figlia del cantante Benjamin Biolay, che ha sposato l'attrice nel 2002. La coppia ha però divorziato nel 2009.