Chloé Zhao wurde in Peking geboren. Ihre Mutter war Krankenschwester, ihr Vater Topmanager bei der Shougang Group, einem der größten Stahlunternehmen Chinas. Als sich ihre Eltern scheiden ließen, kam sie in eine weiterführende Schule. Der Vater heiratete später erneut, sodass die Sitcom-Schauspielerin Song Dandan () ihre Stiefmutter ist. Danach besuchte sie ein Internat in England, studierte Politikwissenschaft in Massachusetts und Filmproduktion an der New Yorker Tisch School of the Arts. Ihr Regiedebüt "Songs My Brothers Taught Me" wurde 2015 beim Sundance Film Festival und hiernach bei den Filmfestspielen in Cannes gezeigt. Ihren von Kritikern hochgelobten zweiten Film, den modernen Western "The Rider", stellte sie im Mai 2017 in Cannes in der Nebenreihe Quinzaine des Réalisateurs vor.