Née le 15 octobre 1983 à Boulogne-Billancourt au sein d'une famille de joailliers originaires du Liban, Chloé Mazlo étudie le graphisme à l'École supérieure des arts décoratifs de Strasbourg, aujourd'hui la Haute école des arts du Rhin. Elle se spécialise ensuite dans la réalisation de films d'animation mêlant différentes techniques, du dessin au stop-motion en passant par les décors peints. Ses courts métrages, souvent autobiographiques comme Deyrouth en 2010, ou inspirés de son histoire familiale libanaise, sont sélectionnés dans de nombreux festivals français et internationaux et diffusés à la télévision sur France 2 et Canal+. En 2014, son court métrage Les Petits Cailloux remporte le César du meilleur court métrage d'animation. Elle réalise en 2020 son premier long métrage, Sous le ciel d'Alice, connu à l'international sous le titre Skies of Lebanon, porté par Alba Rohrwacher et Wajdi Mouawad, sélectionné à la Semaine de la Critique du Festival de Cannes 2020.
Chloé Mazlo puise directement dans son histoire familiale, sa mère ayant grandi au Liban avant de s'installer en France, pour nourrir une grande partie de son œuvre. Sa formation en arts graphiques nourrit un langage pictural très marqué, où l'allégorie et le mélange des techniques d'animation traditionnelles occupent une place centrale. Elle s'inspire également de figures et récits littéraires, à l'image de son adaptation de Boris Vian dans Conte de fées à l'usage des moyennes personnes, ou de la vie de la chanteuse et espionne Asmahan, qu'elle évoque dans un autre de ses courts métrages.
La réalisatrice développe un style visuel très reconnaissable, mêlant animation image par image, décors peints et prises de vues réelles pour raconter des récits à forte teneur allégorique. Sur Sous le ciel d'Alice, cette esthétique aux teintes pastel permet d'aborder la guerre civile libanaise à travers le prisme intime d'une histoire d'amour et de vie de famille, sans jamais recourir à la reconstitution spectaculaire du conflit. Son cinéma navigue ainsi entre tendresse, autodérision et mélancolie face à la crise des idéaux.
Les Petits Cailloux lui vaut le César du meilleur court métrage d'animation en 2015. Sous le ciel d'Alice, son premier long métrage, est sélectionné à la Semaine de la Critique du Festival de Cannes 2020 et reçoit le prix du Meilleur premier film français décerné par le Syndicat français de la critique de cinéma.
Chloé Mazlo a collaboré avec le réalisateur Sébastien Laudenbach sur le court métrage Les Petits Cailloux. Sur son premier long métrage, elle dirige les acteurs Alba Rohrwacher et Wajdi Mouawad, ce dernier étant lui-même auteur et metteur en scène de théâtre d'origine libanaise.
L'identité franco-libanaise et la mémoire familiale du Liban traversent une grande partie de l'œuvre de Chloé Mazlo, qu'il s'agisse de ses courts métrages autobiographiques ou de son premier long métrage. La désillusion face aux grands récits, qu'ils soient amoureux, familiaux ou politiques, ainsi que la manière dont l'intime permet de raconter l'Histoire avec un grand H, constituent les fils conducteurs de son cinéma.