Étudiante au Conservatoire national supérieur d'art dramatique, Louise Chevillotte est repérée par le réalisateur Philippe Garrel. Ce dernier lui offre, après des essais, l'un des rôles principaux de son film L'Amant d'un jour, aux côtés d'Eric Caravaca et d'Esther Garrel. Elle y joue le rôle d'Ariane, la maîtresse d'un professeur de philosophie qui se lie d'amitié avec la fille de celui-ci. Tourné en juillet 2016, après neuf mois de répétition, le film est dévoilé à la Quinzaine des Réalisateurs lors du Festival de Cannes 2017 où il reçoit des critiques élogieuses.
