Schon in jungen Jahren vom Tanz fasziniert, besuchte Dimitri Chamblas die berühmte Ballettschule der Pariser Oper ab dem Alter von zehn Jahren. Im Lauf seiner Karriere arbeitete er mit Modeschöpfern wie Jean-Paul Gaultier und Karl Lagerfeld, dem Komponisten Heiner Goebbels, den Künstlern Christian Boltanski, Andy Goldsworthy, Dan Colen und Xavier Veilhan sowie den Choreografinnen und Choreografen William Forsythe, Boris Charmatz, Lil Buck, Mathilde Monnier und Benjamin Millepied. Seine Produktionen wurden an verschiedensten Veranstaltungsorten aufgeführt, so an der Tate Modern in London, am Centre Pompidou in Paris, im Geffen Contemporary des MOCA (Los Angeles), an der Oper von Paris und in der St. Marks’ Church in New York.
1992 war Chamblas zusammen mit dem Choreografen Boris Charmatz Mitbegründer der Association EDNA. Gemeinsam konzipierten sie Performances, organisierten Veranstaltungen und Ausstellungen und veröffentlichten Bücher. Ihr Duett «A bras le corps» wurde auf jedem Kontinent an weltbekannten Theatern und Festivals aufgeführt. Seit 2017 gehört es ausserdem zum Repertoire des Pariser Opernballetts.
1996 erschuf er mit Mathilde Monnier (damals Leiterin des Centre Choréographique National im französischen Montpellier) die «Research and Writing Residence» – einen Ort für Künstlerinnen und Künstler, an dem sie ausserhalb des traditionellen Produktionsprozesses ihren eigenen kreativen Raum erarbeiten können.
Als digitaler Kurator erfand Chamblas 2013 «Mutant Stage», zusammen mit der Kuratorin und Produzentin Amélie Couillaud. Dabei handelte es sich um eine Serie von zehn Kunstfilmen für die französische Lafayette Anticipations – Fondation d’entreprise Galeries Lafayette. Alle Filme wurden im vom OMA / Rem Koolhaas gestalteten Gebäude gedreht.
2014 wurde Dimitri Chamblas zum künstlerischen Leiter der «3e scène» der Pariser Oper ernannt. Er gründete seine kreative digitale Plattform in Zusammenarbeit mit Benjamin Millepied und lud Künstlerinnen und Künstler wie Glen Keane, Xavier Veilhan, Bret Easton Ellis, Julien Prévieux, William Forsythe, Rubber Legz, United Visual Artists, Lil Buck, Barbara Hanigan und Jonas Kaufmann ein, von der Pariser Oper inspirierte Originalvorlagen zu produzieren.
Sein immerwährendes Interesse am technologischen Fortschritt und an dessen möglichen Anwendungen liess ihn 2015 mit dem Google Cultural Institute eine Kooperation eingehen und den ersten immersiven Tanzfilm drehen. Das 360-Grad-Video basierte auf einem von Benjamin Millepied choreografierten Original-Tanzstück.
2017 lancierte er in Paris und Los Angeles das Studio Dimitri Chamblas, eine Struktur, die alle seine Projekte und Kooperationen umfasst, einschliesslich seines Duetts mit der «Etoile»-Tänzerin Marie-Agnès Gillot, seiner Teilnahme an Boris Charmatz’ «10 000 Gestures», einer Kreation mit Architekt François Perrin für die Performa Biennale New York und eines Duetts mit der Künstlerin und Musikerin Kim Gordon.
Im gleichen Jahr wurde er Dekan des Bereichs Tanz am California Institute of the Arts (CalArts) in Los Angeles und erschuf «HHUMANN», ein Stück für 75 Tänzerinnen und Tänzern, das in den Strassen der Innenstadt von Los Angeles und in der Galerie Hauser & Wirth performt wurde.
2018/2019 erschuf Dimitri Chamblas «Slow Show», eine Choreografie für 50 Tanzende, sowie «Los Angeles», eine Eigenkooperation mit der Malerin Claire Tabouret und dem Tänzer Spenser Theberge. Beide gelangten im Museum of Contemporary Art (MOCA), am REDCAT, am Mak Center und im Schindler House (alle in Los Angeles) zur Aufführung, ebenso wie in der Luma Foundation in Arles.
Im Juni 2019 dirigierte Chamblas in der Walt Disney Concert Hall in Los Angeles im Rahmen des Programms des LA Philharmonic «Crowd Out», eine Oper von David Lang mit 1’000 Sängerinnen und Sängern.
Ebenfalls 2019 wurde er vom französischen Kulturministerium zum «Chevalier de l’ordre des Arts et Lettres» ernannt.