Чулпан Хаматова родилась 1 октября 1975 года в Казани. В детстве занималась фигурным катанием, училась в математической школе при Казанском университете. Поступила в Казанское театральное училище, училась в ГИТИСе. Выступала на сценах нескольких московских театров, а в 1998 году поступила в труппу театра «Современник».

В кино Хаматова начала сниматься на третьем курсе ГИТИСа – в 1997 году  Вадим Абдрашитов пригласил ее на роль Кати в своей картине «Время танцора». За этот фильм Хаматова была номинирована на премию «Ника» за лучшую женскую роль. 

Известность ей принесла роль Риты в фильме Валерия Тодоровского «Страна глухих». Среди других ее работ – фильм Бахтияра Худойназарова «Лунный папа» (вторая номинация на премию «Ника» за лучшую женскую роль), картина Андрея Кравчука и Юрия Фетинга «Рождественская мистерия», «72 метра» и «Гибель империи» Владимира Хотиненко, «Событие» и «Элизиум» Андрея Эшпая, «Доктор Живаго» Александра Прошкина, фильмы Алексея Германа-младшего «Гарпастум», «Бумажный солдат» и «Под электрическими облаками». 

Также Чулпан Хаматова активно снимается в фильмах европейских режиссеров. Среди немецких и австрийских лент с ее участием можно отметить такие фильмы как «Тувалу» Файта Хельмера, «Англия» Ахима фон Бориса, «Гуд бай, Ленин!» Вольфганга Беккера, «Виктор Фогель — король рекламы» Ларса Крауме, «Сукин сын» Михаэля Штурмингера.