Mientras estudiaba en el Conservatorio Nacional de Arte Dramático, Louise Chevillotte fue descubierta por el director Philippe Garrel, quien le ofreció, después de algunas pruebas, uno de los papeles principales en su película Amante por un día (2017), junto a Eric Caravaca y Esther Garrel. Chevillotte interpretó el papel de Ariadne, la amante de un profesor de filosofía que se hace amiga de su hija. La película fue presentada en la Quincena de Directores durante el Festival de Cannes 2017, donde recibió críticas favorables. En 2019 interpretó el papel de Caroline en la comedia dramática de Nadav Lapid Synonyms, que ganó el Oso de oro en la edición 69 del Festival Internacional de Cine de Berlín.