Chloé Chevalier, cadette de la biathlète Anaïs Chevalier, participe aux Jeux olympiques de la jeunesse d'hiver de 2012 à Innsbruck où elle remporte la médaille de bronze du relais mixte avec Léa Ducordeau, Aristide Bègue et Fabien Claude. En aux Championnats d'Europe à Otepää, elle termine du sprint, puis onzième de la poursuite. Lors du relais, elle obtient la médaille de bronze avec sa sœur Anaïs Chevalier, Julia Simon et Coline Varcin. Elle obtient ses premières médailles mondiales à l'occasion des mondiaux juniors 2015, disputés à Minsk. Lors du sprint, elle termine troisième d'une course remportée par sa compatriote Léna Arnaud. Le lendemain, elle termine cinquième de la poursuite. Lors du relais, Chloé Chevalier, Julia Simon et Léna Arnaud remportent la médaille d'or en s'imposant devant la Russie et l'Allemagne.