Chloé Zhao dilahirkan sebagai Zhao Ting dan dibesarkan di Beijing, Tiongkok, kepada pasangan Zhao Yuji, bekas pengurus am sebuah syarikat baja milik negara.[2][3] Ibu bapanya kemudian berpisah dan bapanya berkahwin lagi dengan pelakon Song Dandan. Sewaktu masih remaja, beliau memberontak dan tertarik pada pengaruh dari budaya popular Barat.[4] Beliau melanjutkan pendidikan di sekolah asrama di London sebelum berpindah ke Los Angeles untuk menghadiri sekolah menengah.[5] Beliau belajar di Kolej Mount Holyoke dan memperoleh ijazah sarjana dalam sains politik.[6] Beliau mempunyai pekerjaan sampingan sebagai promoter acara, hartanah dan barista sebelum mempelajari penerbitan filem di Tisch School of the Arts Universiti New York.[2][7]

Beliau kini menetap di California, Amerika Syarikat.[2]