Chloé Paquet progresse de plus de 250 places au cours de la saison 2015 grâce à un quart de finale à Marseille, une demie à La Marsa et une finale au ITF 25 000 $ de Périgueux face à Mathilde Johansson. Elle découvre le circuit WTA en avril 2016 du côté de Bogota en étant issue des qualifications. Sur le circuit ITF, elle est demi-finaliste à Biarritz en septembre puis quart de finaliste à Saint-Malo[2].
Chloé Paquet se fait connaître en 2017 à l'occasion des Internationaux de France. Détentrice d'une invitation, elle élimine au premier tour Kristýna Plíšková (64-7, 6-2, 6-2)[3], 44e mondiale[4]. Elle est défaite au tour suivante par Caroline Garcia (7-5, 6-4). De nouveau invitée l'année suivante[5], elle cède au premier tour face à Pauline Parmentier après être passée à deux points de la victoire (3-6, 7-64, 6-2)[6]. Au niveau ITF, elle perd deux finales à Tunis et Las Palmas avant de s'imposer à Joué-lès-Tours fin octobre.
Elle décroche en 2019 ses premiers succès dans les tournois WTA, en parvenant en demi-finale à Strasbourg après avoir notamment écarté la 34e mondiale Sofia Kenin au premier tour[7] et Daria Gavrilova[8]. Elle est aussi quart-de-finaliste à Jurmala en battant Caroline Garcia (22e, 4-6, 6-4, 6-3)[9].
Elle commence l'année 2021 par une qualification pour l'Open d'Australie mais s'incline d'entrée contre l’Égyptienne Mayar Sherif (7-5, 7-5). Elle réalise néanmoins sa meilleure saison, marquée par quatre titres sur le circuit secondaire dont le 80 000 $ de Poitiers en octobre[10]. En avril 2022, elle obtient son meilleur classement au 101e rang. Opposée à la n°7 mondiale Aryna Sabalenka au premier tour des Internationaux de France, elle mène 6-2, 2-0 avant de s'incliner en trois sets (2-6, 6-3, 6-4)[11]. En fin d'année, elle intègre l'équipe de France de Fed Cup lors d'une rencontre face aux Pays-Bas[12].
En 2024, elle dispute une nouvelle fois une finale d'un tournoi WTA 125 à Saint-Malo[15] après 3 victoires contre Renata Zarazúa, Iryna Shymanovich, et, Peyton Stearns, mais, elle perd en 3 sets contre Loïs Boisson.
À Roland-Garros, elle passe le premier tour en battant la joueuse russe Diana Shnaider en deux sets (6-3, 6-1), puis le deuxième tour contre la Tchèque Kateřina Siniaková, en trois sets (3-6, 7-6, 7-6). Elle atteint, à 29 ans, le troisième tour d'un tournoi du Grand Chelem pour la première fois de sa carrière[16]. Elle s'incline finalement face à Marketa Vondrousova en deux manches (1-6, 3-6)[17].
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