Fille de
Catherine Deneuve et de
Marcello Mastroianni.
Enfant, Chiara Mastroianni fait des apparitions aux côtés de ses parents (
A nous deux, 1979,
Les Yeux noirs, 1987). Inscrite en Deug d'italien à Censier, elle décide cependant de devenir actrice, encouragée par son ami
Melvil Poupaud.
André Téchiné lui offre son premier vrai rôle, celui de la fille de... Catherine Deneuve dans
Ma saison préferée (1993), composition qui lui vaut une nomination au César du Meilleur Espoir. Si elle donne la réplique à son père dans
Trois vies et une seule mort, Chiara Mastroianni s'affranchit vite de l'influence de ses parents en devenant une égérie du cinéma d'auteur. Héroïne du drôle et macabre
Journal du séducteur (1996), elle intègre la même année la troupe de
Desplechin (
Comment je me suis disputé...).
Audacieuse dans ses choix, l'actrice au visage serein et gracieux s'éprend d'un
Xavier Beauvois séropositif dans
N'oublie pas que tu vas mourir (1996) et surprend en adepte du SM dans
Nowhere puis en prostituée pleine d'assurance dans
A vendre (1998). A l'affiche de plusieurs premiers films, tels
Carnages ou
Il est plus facile pour un chameau..., dans lequel elle incarne la soeur de
Valeria Bruni Tedeschi, Chiara Mastroianni inspire aussi les maîtres :
Raoul Ruiz lui offre le rôle d'Albertine dans son
Temps retrouvé et, surtout,
Manoel de Oliveira lui fait jouer une Princesse de Clèves des temps modernes dans
La Lettre (2000).
Passant du thriller (
Six-Pack) à la comédie décalée (
Akoibon), elle tourne en Italie avec
Castellitto ou
Francesca Comencini. Après une parenthèse en-chantée (l'album
Home), elle défend à Cannes en 2007 deux projets très originaux,
une adaptation animée de la BD
Persepolis de
Marjane Satrapi et
Les Chansons d'amour de
Christophe Honoré, cinéaste qui lui confiera le rôle principal de
Non ma fille, tu n'iras pas danser (2009) et de
Homme au bain (2010). Emouvante en jeune femme effacée, voire sacrifiée (
L'Heure zéro,
Un conte de Noël en 2008), elle laisse au contraire libre cours à sa fantaisie devant la caméra de
Sophie Fillières (
Un chat un chat).
Après avoir été dirigée par Bruno Podalydès dans
Bancs publics (Versailles rive droite), elle retrouve une nouvelle fois le réalisateur
Christophe Honoré pour son second film musical,
Les Bien-aimés, dans lequel elle chante aux côtés de sa mère,
Catherine Deneuve, qui interprète sa mère pour la seconde fois.