Chiara Mastroianni est née à Paris en 1972. Elle est la fille de l’actrice française Catherine Deneuve et du comédien italien Marcello Mastroianni. Chiara est plongée dans le monde du cinéma dès sa plus tendre enfance. A l’âge de 7 ans, elle apparaît pour la première fois dans un film, « A nous deux », de Claude Lelouch, dont sa mère tient le rôle principal. Puis, quelques années plus tard, c’est avec son père qu’elle partage l’affiche du film « Les Yeux noirs » de Nikita Mikhalkov. Son baccalauréat en poche, Chiara Mastroianni souhaite s’orienter vers une carrière de traductrice et s’inscrit à l’université de Paris III Censier en DEUG d’italien. Mais influencée par son ami Melvil Poupaud, la jeune femme décide de changer de carrière pour devenir comédienne. En 1993, elle tient le rôle de la fille de Catherine Deneuve dans « Ma maison préférée » d’André Téchiné. Sa prestation lui vaudra une nomination au César du Meilleur Espoir et marque un véritable tournant dans sa jeune carrière. Après avoir tourné dans « Prêt-à-porter » de Robert Altman en 1994 et dans « N’oublie pas que tu vas mourir » de Xavier Beauvois l’année d’après, Chiara Mastroianni apparaît dans pas moins de quatre films en 1996, dont « Comment je me suis disputé… (ma vie sexuelle) » d’Arnaud Desplechin. La même année, Chiara Mastroianni donne naissance à son premier enfant, Milo, qu’elle a eu avec le sculpteur Pierre Torreton. Chiara Mastroianni oriente ses choix vers le cinéma d’auteur et n’hésite pas à incarner des personnages audacieux. On la voit à la fois dans un rôle de prostituée dans « A vendre », en 1998, ou dans celui d’une sado-maso dans « Nowhere ». L’actrice se sépare de son compagnon et est aperçue pendant quelques temps au bras de l’acteur hispano-américain Benicio Del Toro. Chiara Mastroianni est sollicitée par les grands réalisateurs Manoel de Oliveira et Raoul Ruiz qui la font jouer respectivement dans « La Lettre » et dans « Le Temps retrouvé » où elle partage à nouveau l’affiche avec sa mère.
Une vie privée médiatisée
En 2002, la comédienne épouse le chanteur Benjamin Biolay. Ensemble, ils ont une fille, Anna, née en 2003. Chiara Mastroianni participe à la création de l’album « Négatif » de son mari et sort son propre album, intitulé « Home » avec sa collaboration. Le couple se sépare en 2005. Cette année-là, on peut la voir dans « Akoibon » réalisé par Edouard Baer. Elle met sa carrière entre parenthèses jusqu’en 2007 où l’on peut la voir dans trois productions : « Les Chansons d’amour » de Christophe Honoré, « L’Heure zéro » de Pascal Thomas et « Persepolis » de Marjane Satrapi où elle prête sa voix au personnage principal. En 2008, l’actrice retrouve deux réalisateurs avec lesquels elle a déjà travaillé : Christophe Honoré pour « La Belle personne » et Arnaud Desplechin pour « Un conte de Noël » avec dans le casting sa mère Catherine Deneuve et son ami Melvil Poupaud. Cette même année, la rumeur veut que Chiara Mastroianni soit en couple avec le comédien Vincent Lindon.
En 2009, Christophe Honoré lui offre le magnifique premier rôle de « Non ma fille, tu n’iras pas danser ». La même année, elle est dirigée par Bruno Podalydès dans « Bancs publics (Versailles Rive Droite) » et fait preuve de fantaisie devant la caméra de Sophie Fillières « Un chat un chat ».
La muse de Christophe Honoré
En 2011, elle joue de nouveau la comédie pour Christophe Honoré dans son second film musical « Les Bien-Aimés », dans lequel sa mère est une nouvelle fois interprétée par Catherine Deneuve. La même année, elle est au casting de « Poulet aux prunes », signant ainsi une nouvelle collaboration avec Marjane Satrapi. On peut aussi la voir à l’affiche du film de Mathieu Demy, « Americano ». En 2012, elle joue dans plusieurs long-métrages : « Augustine », « Les Lignes de Wellington » et « Les Salauds » de Claire Denis. En 2013, elle devient l’égérie Fendi pour la nouvelle fragrance de la marque italienne. Elle retrouve, en 2019, Christophe Honoré, pour "Chambre 212", où elle donne la réplique à son ex, Benjamin Biolay. En 2024, elle est à l'affiche du film "Marcello et moi" où elle côtoie sa mère, puisqu'il raconte l'histoire de son père. Le film est présenté à Cannes.