Chilton begynte sin motorsportkarriere i 2001 innen karting , som han praktiserte frem til 2006. Samtidig kjørte Chilton i 2005 og 2006 T Cars-mesterskapet , en racerserie for førere mellom 14 og 17 år. Etter åttende åttende i den første sesongen vant han nummer to i 2006. I 2007 flyttet Chilton til Arena International Motorsport i det britiske Formel 3-mesterskapet . Siden han ennå ikke var 16 år på sesongens første løp, fikk han bare være med i serien andre løpshelg. Han startet også, som den yngste føreren i mesterskapet til dags dato, i Silverstone 1000 km-løpet i Le Mans Series . Han og broren Tom ble nummer fem i LMP1-kategorien for Arena International Motorsport. I 2008 ble Chilton i det britiske Formel 3-mesterskapet og byttet til Hitech Racing . Med en andreplass som beste resultat endte han tiende sammenlagt på slutten av sesongen. I 2009 bestred den nå 18 år gamle racingføreren sin tredje sesong i det britiske Formel 3-mesterskapet og startet for Carlin Motorsport . Mens lagkameraten Daniel Ricciardo vant mesterskapet, endte Chilton fjerde sammenlagt med to seire. Han deltok også i løpet på Circuit de Monaco som vikar i Formel Renault 3.5 .
Chilton i Carlin GP2-bilen på Monza 2011
For GP2 Asia Series sesongen 2009/2010 ble Chilton signert av Barwa Addax-teamet . Siden Barwa Addax ønsket å bruke Giedo van der Garde i andre løpshelg, startet han dette løpet for Ocean Racing Technology . På slutten av sesongen endte han 18. totalt. For Ocean Racing Technology konkurrerte han også i hovedserien til GP2 i 2010 . Med en femteplass som beste resultat endte han på 25. plass totalt. I 2011 kom Chilton tilbake til Carlin og konkurrerte i GP2 Asia og GP2-serien for laget som nå var eid av faren Grahame. I GP2 Asia-serien ble han 22. sammenlagt. I GP2-serien endte han 20. i førermesterskapet med to sjetteplasser som de beste resultatene. Etter sesongen deltok han i GP2-finalen 2011 for Carlin og var 23. I tillegg gjorde Chilton sine første opplevelser i en Formel 1- bil under testkjøringer for Force India . I 2012 bodde Chilton sammen med Carlin i GP2-serien. I begynnelsen av sesongen oppnådde han allerede sin første GP2-pall med en tredjeplass. I sprintløpet i Monte Carlo oppnådde han andreplassen. På Hungaroring oppnådde han endelig sin første GP2-seier i hovedløpet. Chilton oppnådde nok en seier i hovedløpet i Singapore . Han avsluttet sesongen med 169 poeng på fjerdeplassen sammenlagt og vant dermed klart internt mot lagkameraten Rio Haryanto , som hadde scoret 38 poeng. I tillegg fullførte Chilton Formel 1-testkjøringer for Marussia i år . Etter GP2-sesongen ble Chilton også signert av Marussia som en Formel 1 reserve driver.
For 2013- sesongen flyttet Chilton til Formel 1 i Marussia. Da han debuterte i Australia endte han 17. Hans beste resultat var en 14. plass i Monaco Grand Prix . Chilton krysset mållinjen i alle 19 løp i debutsesongen, og satte en ny rekord. Han avsluttet sesongen på 23. plass totalt. Innen laget ble han beseiret av Jules Bianchi , som var 19. og tydelig vant både kvalifiserings- og racingduellene. I 2014 bodde Chilton hos Marussia. Han valgte nr. 4 som sitt faste startnummer. Etter å ha alltid krysset mållinjen i de 25 første løpene i karrieren, ble han eliminert i den kanadiske Grand Prix for første gang etter en kollisjon med lagkameraten. Ved det belgiske Grand Prix skulle han være representert av Alexander Rossi av kontraktsmessige årsaker . Imidlertid ble Chilton rapportert som pilot igjen for den andre gratis øvelsen. Etter den russiske Grand Prix , søkte Marussia konkurs og startet derfor ikke neste løp. To 13. plasser var Chiltons beste resultat. På slutten av sesongen endte han 21. totalt uten poeng. Lagkameraten hans Bianchi, som hadde en alvorlig ulykke i Japan , fikk de første poengene for Marussia denne sesongen.
Amerikansk formelracing
I 2015 støttet Chilton familieløpsteamet Carlin som en racerdriver med deres inntreden i Indy Lights . På løpet på Iowa Speedway oppnådde han sin første pole position og sin første seier, som han viet til sin tidligere lagkamerat Jules Bianchi, som hadde dødd dagen før. Chilton avsluttet sesongen på femteplass og tapte mot lagkameraten Ed Jones , som ble tredje. Chilton dukket ikke opp i to løp på grunn av en overlapping med utholdenhetsprogrammet, som Chilton fullførte i 2015 . Han kjørte for Nissan Motorsports i FIA World Endurance Championship (WEC). Men racing team bare kom inn i mesterskapet for tredje løpet, 2015 Le Mans 24-timers løp , og deretter trakk seg fra inneværende sesong.
I 2016 byttet Chilton til Chip Ganassi Racing i IndyCar-serien . Med en sjuendeplass som beste resultat, endte han sesongen på 19. plass totalt. Han var den eneste Ganassi-piloten som ikke klarte å komme seg inn blant topp ti på det generelle tabellen. I 2017 endte han Indianapolis 500 på fjerdeplass. Med 50 runder ledet han flest runder. Han avsluttet sesongen på ellevte plass. I 2018 kjørte han for Team Carlin , som nettopp hadde kommet inn i serien. Han ble nummer 19 i førermesterskapet. I løpet av 2019-sesongen kunngjorde han at han ikke lenger ville kjøre ovale løp. Han ga sikkerhetshensyn som årsak.
Personlig
Chiltons far, Grahame Chilton, var nestleder i det amerikanske selskapet Aon Corporation . Selskapet fungerte som sponsor av Max Chilton i løpet av denne tiden. Grahame Chilton har vært eid av Carlin- teamet gjennom sitt Capsicum- selskap siden slutten av 2009 .