Chiara Mastalli è nata il 2 agosto del 1984 a Roma ed è cresciuta e ha studiato sempre nella Capitale. È di fatto una predestinata: la sua carriera inizia nel 1990, quando ha solo sei anni, con un spot pubblicitario della Ford Fiesta. Ancora adolescente inizia a lavorare molto in televisione, partecipando a numerose fiction come Sei forte maestro (è il suo esordio ufficiale come attrice diretta da Alberto Manni nel 2000), a cui seguono Carabinieri, L'amore spezzato, Distretto di polizia 5, in cui interpreta il ruolo di Elisa, Padri e figli e anche Il maresciallo Rocca, dalla seconda alla quinta serie nel ruolo di Maddalena.
Nel 2002 Bernardo Bertolucci la chiama per il suo episodio Histoire d'eaux di Ten Minutes Older: The Cello, secondo film del dittico sul tempo presentato nella sezione a Cannes dopo il precedente Ten Minutes Older: the Trumpet. La Mastalli recita al fianco di Valeria Bruni Tedeschi in un cortometraggio di ispirazione indiana e sorprende per la freschezza e l'espressività. L'anno successivo reciterà sul set di Ricordati di me di Gabriele Muccino al fianco di Nicoletta Romanoff, nella parte della ragazza che fa il provino per lo show televisivo. Sempre nel 2003 fa parte del cast di Uomini & Donne, Amori & Bugie, film con Ornella Muti ambientato nella Roma degli anni Sessanta scritto e diretto dall'esordiente regista Eleonora Giorgi, in cui la Mastalli interpreta la parte di Nina. Nel 2004 è nel cast di Tre metri sopra il cielo di Luca Lucini, in cui interpreta il ruolo di Maddalena. Il film viene trainato verso il successo dal clamore che suscita l'omonimo romanzo di Federico Moccia da cui la pellicola è tratta.
Dal 2005 arriva la prima grande occasione per far fare il salto di qualità alla sua carriera e Chiara non se la lascia scappare: viene chiamata negli Stati Uniti per prendere parte al serial epico Roma: un serial di grande successo trasmesso dalla HBO negli Stati Uniti e da Raidue in Italia diretta, da un regista della statura di Michael Apted, in cui la Mastalli recita la parte di una splendida Eirene e il suo successo sarà testimoniato dal fatto che la produzione la chiamerà sia per la seconda e per la terza stagione della serie. La stessa Mastalli commenta così il suo passaggio dalla televisione italiana a una produzione internazionale con un budget stratosferico: "Non ho mai sentito questa fatica, nemmeno quella di esser in vetrina o di essere riconosciuta, dato che a 16 anni ho avuto la fortuna di iniziare la mia carriera con Bertolucci, ma non disdegno come ho fatto in passato di aiutare gli amici per cose minori, dato che per me recitare più che un lavoro è una grande passione".
E la passione la renderà finalmente definitivamente popolare nel 2006 e nel 2007 con Notte prima degli esami e Notte prima degli esami oggi. Il primo film racconta l'avvicinamento agli esami di maturità di un gruppo di amici in una colorata estate degli anni Ottanta: le disavventure dei giovani coinvolgeranno anche Simona, interpretata da una Mastalli ottima, capace di guidare il film verso un successo di pubblico e di critica del tutto inatteso. Il secondo capitolo non riscuoterà gli stessi consensi da parte della critica ma il successo presso il pubblico sarà sempre stupefacente, facendo dei giovani attori che fanno parte del cast delle autentiche star.
Dopo numerose partecipazioni e a serie televisive di successo, la ritroviamo al cinema nel film di Pieraccioni Un fantastico via vai.
