Chloe Bennet lahir dengan nama Chloe Wang di Chicago, Illinois. Ayahnya berasal dari keturunan Han China dan ibunya adalah orang Amerika keturunan Kaukasia. Pada usia 15 tahun, ia pindah ke China untuk mengejar karier menyanyi, tinggal bersama nenek dari pihak ayah di Beijing, dan belajar bahasa Mandarin. Di China, dia tampil sebagai penyanyi sebelum kemudian pindah ke Los Angeles untuk berkarier di dunia akting.

Saat berusaha meniti karier sebagai aktris di Hollywood, ia mengubah nama profesionalnya menjadi Chloe Bennet. Keputusan ini diambil karena kesulitan mendapatkan pekerjaan dengan nama asli, serta agar dapat menghindari stereotip etnis. Menurut Bennet, menggunakan nama dari nama ayah membantu agar peran yang ia dapatkan tidak terbatas sebagai Asian American. Pada tahun 2012-2013, ia berperan sebagai Hailey dalam serial drama ABC, Nashville. Pada Desember 2012, ia mendapat peran utama sebagai series regular dalam serial Marvel: Agents of S.H.I.E.L.D., yang semakin menegaskan keberhasilannya di dunia hiburan Amerika.