Chloé Mortaud est née en 1989 à Lisieux, en Normandie. Son père est Français et sa mère Américaine, originaire de l'Etat du Mississipi. Son arrière-grand-mère y vit toujours, tandis que sa grand-mère maternelle vit à Los Angeles. Elle possède ainsi la double nationalité, française et américaine. Elle a un petit frère, Grégoire, né en 1993. Elle mesure 1,80 m.
Elle a entamé des études en commerce international. Au moment de son élection, elle suivait un B.T.S. dans cette discipline à Toulouse. Parlant déjà couramment le français et l'anglais, la jeune femme s'est aussi mise au chinois. Des études qu'elle met aujourd'hui entre parenthèses pour un an.
Elle a été élue Miss Albigeois – Midi Pyrénées le 20 septembre 2008 à Bénac, en Ariège.
Le conte de fées continue avec son sacre le samedi 6 décembre 2008, où elle est élue Miss France 2009. Cette élection a eu lieu au Puy du Fou, en Vendée. Elle a été suivie en direct sur TF1 par 8,1 millions de téléspectateurs, avec un pic à 9,42 millions. Le jury était présidé par Line Renaud. Sa première dauphine est Miss Lorraine, Camille Cheyere, 21 ans. Sa deuxième dauphine est Miss Pays de Loire, Elodie Martineau, 21 ans. Sa troisième dauphine est Miss Mayotte, Esthel Née, 20 ans. Sa quatrième dauphine est Miss Bretagne, Bianca Taillard, 23 ans.