Chalamets gennembrud som Elio Perlman i den anerkendte uafhængige coming-of-age romantiske drama "Call Me by Your Name" i 2017 gav ham en Oscar-nominering for bedste mandlige hovedrolle, hvilket gjorde ham til den tredje yngste nominerede i kategorien og den
Den yngste siden 19-årige Mickey Rooney med sin rolle som Mickey Moran i "Babes in Arms" i 1939. Han blev også nomineret til BAFTA Award, Critics' Choice Movie Award, Golden Globe Award og Screen Actors Guild Award for bedste mandlige hovedrolle. Han vandt skuespillerpriser fra London Film Critics' Circle, New York Film Critics Circle, Los Angeles Film Critics Association og National Board of Review. Chalamet fik også anerkendelse for sine biroller i 2017 film "Lady Bird" og "Hostiles". Den første gav ham nomineringer til Critics' Choice Movie Award og Screen Actors Guild Award for Bedste Ensemble. Året efter spillede han rollen som en narkoman i dramaet "Beautiful Boy", som han blev nomineret til BAFTA Award, Critics' Choice Movie Award, Golden Globe Award og Screen Actors Guild Award for bedste birolle.