Чулпан Наилевна Хаматова родилась 1 октября 1975 года в Казани, в семье инженеров. С восьмого класса Чулпан училась в математической школе при Казанском университете. После школы Чулпан Хаматова несколько месяцев проучилась в финансово-экономическом институте, а потом неожиданно ушла оттуда и поступила в Казанское театральное училище. Преподаватели посоветовали Чулпан продолжить обучение в Москве, и Чулпан поступила в ГИТИС (РАТИ) на курс Алексея Бородина.
Чулпан Хаматова выступала на сценах нескольких московских театров - кроме Молодежного (РАМТ), где она сыграла Дуню Раскольникову в «Преступлении и наказании» и Анну Франк в «Дневнике Анны Франк», она играла в «Театре Луны», в Театре Антона Чехова (Катя в «Позе эмигранта»), в Центральном детском театре, в «Независимой антрепризе» («Сильвия»). В 1998 была приглашена в труппу Московского театра «Современник». Дебют актрисы состоялся в роли Патриции Хольман («Три товарища» Эриха Марии Ремарка). Там же получила роли в спектаклях «Три сестры» (Ирина), «Мамапапасынсобака» (Андрия), «Гроза» (Катерина), «Голая пионерка» (Маша Мухина) и «Антоний & Клеопатра» (Клеопатра), а также роль Маши в новом варианте пьесы «Три сестры» (2008). В 2008 году Чулпан приняла участие в спектакле Театра Наций «Рассказы Шукшина» (режиссер Алвис Херманис), где играет в девяти из 10 рассказов. В 2009 дебютировала в хореографической новелле по повести Н.Карамзина «Бедная Лиза» (музыка Леонида Десятникова, постановка Аллы Сигаловой).
У Чулпан Хаматовой три дочери – Арина, Ася, Ия. По-татарски имя «Чулпан» означает «звезда рассвета».