Chloé Dumas débute enfant au théâtre classique, et obtient son baccalauréat littéraire avec mention à l'âge de 16 ans. Elle poursuit sa formation théâtrale en parallèle de ses études universitaires de lettres modernes françaises et anglaises. À 18 ans, elle emménage à Paris et poursuit sa formation au théâtre (Cours Florent) et à la caméra (Acting International) avant de travailler avec des coaches français et américains notamment pour le jeu, les langues, le chant et l'expression corporelle. Elle parle couramment anglais, français et espagnol.
En 2011, elle tourne aux États-Unis, en France et en Espagne. Pour la chaîne Comedy Central à Hollywood, elle apparait dans la comédie Jon Benjamin Has a Van aux côtés de H. Jon Benjamin et Bob Odenkirk. De retour en France et sous la direction de Luc Chalifour, elle tient le rôle principal du téléfilm Résurrection diffusé sur France 2. Puis, c'est en Espagne qu'elle interprète la Bimbo de Seul à seul, des réalisateurs Nicolas Hugon et Bertrand Chanal.
Entre 2012 et 2013, elle tient un rôle principal au cinéma dans le long-métrage anglophone Dracula Reborn, tourné entre Vancouver, Paris et la Transylvanie roumaine. Elle cumule des projets pour le cinéma, comme le film Dixit de Leslie Villiaume, sélectionné au Short Film Corner du Festival de Cannes 2012 ; et pour la télévision, dans le rôle de Juliette Drouet pour les Secrets d'histoire de Victor Hugo.
Elle débute 2015 par des recherches sur le Syndrome d'Asperger pour le rôle principal de la co-réalisation Je suis juste là, puis sur la Maladie d'Alzheimer pour le film Les Pins Célestes aux côtés de Marthe Villalonga et Damien Dorsaz. Elle tourne également dans d'autres courts-métrages tels que 8 minutes de Jean Fantou et Héroïne de François Nolla.
Entre juin et , elle tient le rôle principal du long-métrage Pièce Démontée, road-movie parcourant le sud-ouest de la France, puis le rôle principal féminin du long-métrage dramatique Dernier Souffle (Last Breath).
Durant le premier trimestre 2017, Chloé Dumas tient le rôle principal féminin de trois films respectivement en espagnol, en français puis en anglais. Le court-métrage El Inquilino et le long-métrage On n'est pas en week-end, tandis que le thriller anglophone The Follower de Kevin Mendiboure, pour une sortie le à l'occasion d'halloween.
De à , Dumas tient un rôle récurrent (et maintenu secret) dans une nouvelle série USA/UK, adaptation d'un best-seller contemporain, qui sera diffusée sur Sky1 le [source secondaire nécessaire].
.svg){kind=small}
