Chatterton filmdebuterade 1928 med "Sins of the Fathers". Hon uppmärksammades bland annat för sin roller i "Madame X" (1929) och "Varför byta männen hustru? " (1936). Hon Oscarsnominerades två gånger i kategorin Bästa kvinnliga huvudroll, vid Oscarsgalan april 1930 för rollen i "Madame X" och vid Oscarsgalan november 1930 för rollen i "Sarah and Son" (1930). Efter 1930-talet slog hon av på takten med skådespelandet och sista rollen gjorde hon 1953 i en TV-version av "Hamlet".