Après avoir commencé le handball dans sa ville natale au CA Morteau HB, elle rejoint le pôle Espoirs de Bourgogne Franche-Comté en classe de 3ème, qu'elle quittera après la terminale, le BAC ES en poche. C'est en 2011, en classe de 1ère, qu'elle rejoint l'ES Besançon, club phare de sa région, dont elle intègre le centre de formation par la suite[4]. En février 2017, elle signe son premier contrat professionnel en faveur de l'ES Besançon, la liant avec le club pour trois saisons[4].
Après une saison 2017-2018 marquée par la découverte de la coupe EHF (4 matches, 9 buts) ainsi que par une probante troisième place acquise en Ligue féminine, Chloé Bouquet est nommée dans la catégorie des meilleures ailières gauches du championnat français, la récompense revenant à la messineManon Houette.
En 2018-2019, elle dispute la coupe de l'EHF, dont elle atteint la phase de groupe et durant laquelle elle inscrit 27 buts en 6 matchs[6].
À l'été 2019, en l'absence de nombreuses titulaires laissées au repos et à l'occasion d'une large revue d'effectif, elle est retenue pour un stage de préparation avec l'équipe de France[7]. À la suite de ce rassemblement, elle connait sa première sélection internationale en septembre 2019 à l'occasion de matchs de qualification pour le championnat d'Europe 2020[8]. Pour sa première sélection, face à la Turquie, elle réussit ses débuts sous le maillot bleu en inscrivant cinq buts[9]. Elle fait partie de l'équipe de France sacrée championne olympique aux Jeux de 2020[10].
Au Mondial 2023, Chloé Valentini est élue meilleure ailière gauche de la compétition et termine meilleure buteuse (38 buts) de l'équipe de France qui remporte ses neuf matches et s'impose en finale face à la Norvège (31-28) pour gagner son troisième titre planétaire[11].
Style de jeu
Efficace en attaque comme en défense, son jeu se caractérise par un grand engagement. Polyvalente, elle peut également glisser au poste d'arrière ou de demi-centre en cours de jeu[4].
Vie privée
Le 29 août 2020, Chloé Bouquet épouse Arthur Valentini et choisit de prendre le nom de Chloé Valentini.
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