Тимоти Шаламе родился 26 декабря 1995 года в городе Нью-Йорк, США. Отец Тимоти - Марк Шаламе - редактор в Детском фонде ООН, а мать - Николь Флендер - специалист по недвижимости и бывшая бродвейская танцовщица. Его старшая сестра Полин - актриса, живет в Париже.

Свою актерскую карьеру Шаламе начал в раннем возрасте с участия в нескольких рекламных роликах. Параллельно с обучением в средней школе Тимоти посещал Высшую школу исполнительских искусств Fiorello H. LaGuardia, которую окончил в 2013 году. Затем поступил в Колумбийский университет, но позднее перевелся в Нью-Йоркский университет. В университете Тимоти активно играл в пьесах на Офф-Бродвее и неоднократно удостаивался похвалы от театральных критиков.

Одной из первых значительных ролей для Тимоти стал Финн Уолден - сын вице-президента Соединенных Штатов во втором сезоне шпионского сериала «Родина» с Клэр Дейнс. В 2014 году Тимоти дебютировал в большом кино, снявшись в картине Джейсона Райтмана «Мужчины, женщины и дети» с Адамом Сэндлером и Дженнифер Гарнер. В том же году он появился в «Интерстелларе» Кристофера Нолана, где исполнил роль Тома - сына героя Мэттью МакКонахи, и комедийной мелодраме «Худшие друзья». Его следующей ролью стал персонаж Джеймса Франко в юности в картине «Аддеролловые дневники» Памелы Романовски. В 2015 года Шаламе сыграл Чарли Купера, угрюмого внука Дайан Китон и Джона Гудмана в рождественской комедии «Любите Куперов».

2017 год стал прорывным для молодого актера. Фильм Луки Гуаданьино «Позови меня своим именем», где Шаламэ снялся вместе с Арми Хаммером и Марком Сталбергом, удостоился похвалы на международных кинофестивалях в Сандэнсе и Берлине, а сам Тимоти получил номинации на «Золотой глобус» и «Оскар» в категории «Лучший актер». Для роли Элио в «Позови меня своим именем» Тимоти пришлось научиться игре на гитаре и фортепиано, а также выучить итальянский язык. В 2017 году Тимоти также появился в фильме, который стал режиссерским дебютом актрисы Греты Гервиг «Леди Берд» с Сиршей Ронан в главной роли и жестком вестерне «Недруги» с Кристианом Бэйлом и Розамунд Пайк. В 2018 году вышла очередная картина Вуди Аллена «Дождливый день в Нью-Йорке», где партнерами Тимоти по съемочной площадке стали Селена Гомес, Эль Фаннинг и Джуд Лоу.

Тимоти свободно говорит по-французски, а в детстве мечтал стать футболистом. В 2013-2014 годах Шаламэ встречался с Лурдес Леон, старшей дочерью певицы Мадонны.