Il ruolo rivoluzionario di Chalamet come Elio Perlman nell'acclamato dramma romantico indipendente "Call Me by Your Name" del 2017 gli ha fatto guadagnare una nomination all'Oscar come miglior attore, rendendolo il terzo candidato più giovane nella categoria e il più giovane
dal diciannovenne Mickey Rooney con il suo ruolo di Mickey Moran in "Baby in Arms" nel 1939. È stato anche nominato per il BAFTA Award, Critics' Choice Movie Award, Golden Globe Award e Screen Actors Guild Award come miglior attore. Ha vinto premi di recitazione assegnati dal London Film Critics' Circle, dal New York Film Critics Circle, dalla Los Angeles Film Critics Association e dal National Board of Review. Chalamet ha anche guadagnato riconoscimento per i suoi ruoli secondari nei film del 2017 "Lady Bird" e "Hostiles". Il primo gli ha fatto guadagnare le nomination per il Critics' Choice Movie Award e il Screen Actors Guild Award per il Miglior Ensemble. L'anno successivo, ha recitato come un adolescente tossicodipendente nel dramma "Beautiful Boy", per il quale ha ricevuto nomination per il BAFTA Award, Critics' Choice Movie Award, Golden Globe Award e Screen Actors Guild Award come miglior attore non protagonista.