Fille de l'actrice Isabelle Huppert et du réalisateur et distributeur Ronald Chammah, Lolita voit le jour sous une bonne étoile cinématographique. Assez vite, la jeune fille choisit de suivre le chemin tout tracé par son ascendance et c'est au Conservatoire du 5e arrondissement de Paris puis à l'exigeante École supérieure du Théâtre National de Strasbourg qu'elle entame sa formation.

Elle fait irruption pour la première fois sur les écrans lors de brèves apparitions aux côtés de sa mère, sous la direction de Chabrol (Une Affaire de femmes) en 1988 puis de Werner Schroeter (Malina) trois ans plus tard. N'étant encore qu'une enfant, il faudra attendre l'année 2000 pour la voir véritablement éclore avec La Vie moderne de Laurence Ferreira Barbosa, dans le sillon de sa mère qui tient le rôle-titre.

Sa carrière s'enclenche dès lors à l'écart des influences familiales: elle vole en solo dirigée par Claire Denis dans L' Intrus en 2004 puis par Marc Fitoussi pour La Vie d'artiste, trois ans plus tard. La jeune première se choisit alors une voie plus confidentielle pour s'aguerrir et participe à plusieurs courts ou moyens métrages, où elle fait notamment la rencontre de Marilyne Canto et prend part à Mes copains, première réalisation d'un certain Louis Garrel.

Si on retrouve Lolita Chammah en 2009 aux côtés de Julie Depardieu et Charlotte Rampling dans La Femme invisible, c'est l'année suivante, faite de retrouvailles, qui sera celle de la révélation au grand public. Sous la direction de Marc Fitoussi la jeune femme rejoint, cette fois en haut de l'affiche, sa célèbre mère dans la comédie sociale Copacabana ; avant de s'exposer dans la nouvelle réalisation de Louis Garrel, la romance en noir et blanc Petit tailleur.