Chloé Jouannet fait ses premiers pas au cinéma à l’âge de 12 ans dans la comédie Lucky Luke de James Huth. Elle est révélée en 2013 pour son interprétation remarquée d’adolescente rebelle dans Avis de mistral de Rose Bosch, où elle partage l’affiche avec Jean Reno.
En 2018, elle rejoint le casting de la série internationale Riviera de Neil Jordan avec Julia Stiles. Elle est aussi présente au cinéma dans la comédie Le Gendre de ma vie de François Desagnat, aux côtés de Kad Mérad.
L’année suivante, elle campe l’un des rôles principaux de la série Infidèle, inspirée de la fiction anglaise Doctor Foster. Forte de son succès public, la série est renouvelée pour une deuxième saison diffusée à l’automne 2020.
La comédienne s’illustre également en jeune mère de famille dans le téléfilm Jamais sans toi, Louna, dans lequel elle partage l’affiche avec Rod Paradot et Alice Taglioni, puis en brillante étudiante en droit dans Banlieusards, premier long métrage de Kery James et Leïla Sy, diffusé sur Netflix.
Fin 2020, elle incarne l’héroïne de la série Derby Girl, disponible sur France TV Slash, une star déchue du patinage artistique décidée à devenir championne de roller derby.
Chloé Jouannet est actuellement en tournage de l’adaptation française de la série à succès anglaise Luther pour TF1, dans laquelle elle interprète le premier rôle féminin.
