La sukceso de Chalamet venis en 2017 kun lia rolo kiel Elio Perlman en la romantika dramo de Luca Guadagnino "Voku Min per Via Nomo", post kiu li aperis en la filmoj pri maturiĝo "Hot Summer Nights" kaj "Lady Bird" same kiel la okcidenta filmo "Hostiles". Lia agado en "Voku min per via nomo" gajnis al li nomumon por Akademia Premio por Plej bona Aktoro, igante la 22-jaran Timothée la tria plej juna kandidato en la kategorio kaj la plej juna
Ekde la 19-jara Mickey Rooney en "Bambinoj en brakoj" en 1939. Li tiam ludis Nic Sheff en la dramo "Beautiful Boy" (2018), por kiu li estis nomumita por Premio Ora Globo, Premio Screen Actors Guild, kaj BAFTA Film Award, ĉio por Best Supporting Actor. En 2019, Chalamet ĉefrolis en la romantika komedio de Woody Allen " A Rainy Day in New York ". Poste tiun jaron, Chalamet ĉefrolis kiel Henriko la 5-a de Anglio kaj Theodore "Laurie" Laurence en la periodo dramoj "The King" kaj "Little Women", respektive.