Damien Sayre Chazelle, 19 Ocak 1985'te Rhode Island, Providence'da dünyaya geldi. Babası Bernard Chazelle Princeton Üniversitesi'nde bilgisayar bilimi profesörü, annesi Celia ise The College of New Jersey'de ortaçağ tarihi öğretmeniydi. Chazelle, New Jersey, Princeton'da büyüdü ve çocukluk yıllarında müziğe büyük ilgi duydu. Lisedeyken caz davulculuğu yapmaya çalıştı ancak yetenek açısından kendini yetersiz bulunca sinemaya yöneldi. Harvard Üniversitesi'nde Visual and Environmental Studies bölümünde eğitim gördü ve 2007 yılında mezun oldu. Harvard'da, ileride birlikte çalışacağı besteci Justin Hurwitz ile oda arkadaşıydı.

Chazelle, kariyerine 2009 yılında "Guy and Madeline on a Park Bench" adlı filmiyle başladı ancak asıl çıkışını 2014 yılında yazıp yönettiği "Whiplash" ile yaptı. Film, Sundance Film Festivali'nde Büyük Jüri Büyük ödülünü ve Seyirci Ödülü’nü kazanarak ödüller sezonunda geniş çapta yankı uyandırdı. Ayrıca beş dalda Akademi Ödülleri’ne de aday gösterilen yapım En iyi Kurgu, En İyi Ses Miksajı ve En İyi Yardımcı Erkek Oyuncu kategorilerinde üç Oscar heykeline uzanmayı başardı. Chazelle’in bu başarısı okul çağlarında çalamadığı davulculuğa adeta bir selam duruşu olarak yorumlandı.  

Bu beklenmedik başarısının ardından Chazelle, 2016'da müzikal-romantik film "La La Land"i yazıp yönetti. Film, büyük bir ticari başarı elde etti, 14 dalda Oscar’a aday gösterildi ve Chazelle, En İyi Yönetmen ödülünü kazanarak bu kategoride ödül alan en genç yönetmen oldu. Film ayrıca başrol oyuncusu Emma Stone’a En İyi Kadın Oyuncu Oscarını getirirken, En iyi Görüntü Yönetimi, Orijinal Müzik, Orijinal Şarkı ve En İyi Prodüksiyon Tasarımı ödüllerine de layık görüldü. 

2018’de yine Ryan Gosling'in Neil Armstrong'u canlandırdığı "First Man" adlı biyografik dramayı yönetti ve film, Akademi Ödülleri’nde 4 dalda adaylık aldıktan sonra En İyi Görsel Efekt dalında Oscar kazandı. 2020'de Chazelle, Netflix dizisi "The Eddy"nin iki bölümünü yönetti. Ardından 1920'ler Hollywood’unu konu alan "Babylon" (2022) filmini yazıp yönetti. Son dönemde yeni projelerine odaklanmış durumda olan Chazelle, aksiyon filmi Heart of the Beast’in yapımcılığını üstlendi, ayrıca The Claim adlı filmin de senaristliğini üstlendi. Yetenekli yönetmen, yenilikçi sinema dili ve müzikal unsurları harmanlayan anlatım tarzıyla, Hollywood’un en dikkat çeken isimlerinden biri olmaya devam etmektedir.