2017 m. Chalametas pasiekė pergalę vaidindamas Elio Perlman vaidmenį Luca Guadagnino romantinėje dramoje "Pavadink mane savo vardu", po to jis pasirodė suaugusiųjų filmuose "Karštos vasaros nakties" ir "Lady Bird", taip pat vakarietiškame filme "Hostiles". Jo vaidmuo filme "Pavadink mane savo vardu" uždirbo jam nominaciją į Akademijos apdovanojimą už geriausią aktorį, todėl 22 metų Timothée tapo trečiaja jauniausia nominacija kategorijoje ir jauniausia
Nuo 19 metų Mickey Rooney su jo pasirodymu "Babes in Arms" 1939 metais. Po to jis vaidino Nic Sheff dramoje "Gražus berniukas" (2018), už kurią buvo nominuotas "Aukso globus" apdovanojimui, Ekrano aktorių gildijos apdovanojimui ir BAFTA filmų apdovanojimui už geriausią pagalbinį vaidmenį. 2019 m. Chalamet vaidino Vudo Alleno romantiškoje komedijoje "Lietaus diena Niujorke". Vėliau tais pačiais metais Chalamet vaidino Anglijos Henriką V ir Theodore "Laurie" Laurence periodinėse dramose "Karalius" ir "Mažos moterys".