Чалмерс окончил университет в Аделаиде, затем «Линкольн колледж» при Оксфордском университете, был стипендиатом в Родезе, получил степень доктора философии в Индианском университете в Блумингтоне под руководством Дугласа Хофштадтера. После защиты докторской диссертации участвовал в программе «философия-неврология-психология», которую возглавлял с 1993 по 1995 год Энди Кларк в университете Вашингтон в Сент-Луизе. До того, как он начал преподавать в Австралийском национальном университете в 2004 году., Чалмерс преподавал философию в университете в Аризоне и являлся главой центра исследований проблем сознания при нём же, до этого преподавал в Санта Крузе.
Автор монографии The Conscious Mind (1996; «Сознающий ум»), в которой он рассматривает проблемы сознания и отвергает упрощенный взгляд на сознание с точки зрения физических процессов. The Sunday Times признала его книгу «лучшей научной монографией года».
Возглавляет центр, занимающийся вопросами сознания, и преподаёт философию в Австралийском национальном университете и Нью-Йоркском университете.
Чалмерс изложил свою идею о «трудной проблеме сознания» (the hard problem of consciousness) в вышеупомянутой книге и в своей статье Facing Up to the Problem of Consciousness («Навстречу проблеме сознания»). Здесь он проводит различие между легкими проблемами сознания и трудной проблемой сознания, которую можно выразить так: «почему вообще существует восприятие сенсорной информации?», «почему существует сознание». Главная тема его исследования — это различие между биологической работой мозга и поведением, с одной стороны, и ментальным опытом, который рассматривается отдельно от поведения, то есть квалиа, с другой. Он утверждает, что пока нет исчерпывающего объяснения различий между этими двумя системами. Также он критикует материалистическое объяснение ментального опыта, что делает его дуалистом в эпоху, когда доминируют монистические идеи.
В качестве доказательства своих идей он выдвигает гипотезу «философского зомби», который по существу является нормальным человеком, но не имеющим квалиа и способности ощущать. Он утверждает, что поскольку существование зомби возможно, то понятия квалиа и способность ощущать до сих пор не получили полного объяснения с точки зрения физических свойств. Чалмерс допускает, что сознание берет начало в любой информационной системе (см. теория информации), и таким образом он признает одну из форм пананимизма и не исключает, что даже термостат в какой-то степени обладает сознанием. Чалмерс однажды отметил, что он является агностиком в вопросах пананимизма и считает, что эти вопросы не являются абсолютно недоказуемыми. Выход в свет монографии Чалмерса The Conscious Mind (Сознающий ум, 1996) вызвал большой резонанс в научном мире. В научном журнале Consciousness Studies («Исследования в области сознания») было опубликовано более двадцати различных работ на эту тему таких исследователей, как Дэниел Деннет, Макгинн Колин, Франсиско Варела, Фрэнсис Крик, Роджер Пенроуз и других.