Chiara Françoise Charlotte Mastroianni (Paris, 28 de Maio de 1972) é uma atriz francesa, filha da atriz Catherine Deneuve e do ator italiano Marcello Mastroianni.

Em 1979 fez uma pequena participação no filme A Nós Dois, estrelado por sua mãe, e em 1987 também fez uma pequena participação no filme Olhos Negros, estrelado por seu pai, como uma das garotas das flores. Mas estas participações sempre foram eventuais, principalmente porque frequentemente visitava os pais nos sets de seus filmes. Seus pais não queriam que seguisse seus passos na carreira artística;[carece de fontes?] Catherine preferia que Chiara fosse arqueóloga, e Marcello, professora de italiano.

Seu primeiro grande papel no cinema veio em 1993, Minha Estação Preferida, de Andre Tchiné, onde interpreta uma adolescente problemática cuja mãe é interpretada pela própria Catherine Deneuve. Por este papel foi indicada ao prêmio César, o maior prêmio do cinema francês. No começo de sua carreira também atuou ao lado de seu pai em Prêt-à-Porter e Três Vidas e Só uma Morte.

É meia-irmã do ator Christian Vadim e de Barbara Mastroianni.

Tem um filho, com o escultor francês Pierre Torrenton chamado Milo (n. 31 de dezembro de 1996, em Paris). Namorou o ator Benicio Del Toro de 1998 até o início de 2001; eles se conheceram no Festival de Cinema de Cannes de 1998. Em 11 de maio de 2002, Chiara casou-se com o músico francês Benjamin Biolay, e o casal teve uma filha Anna (n. 22 de maio de 2003, em Paris). Os dois se divorciaram em 2005.