Уже в шестилетнем возрасте Чейз начал сниматься в рекламных роликах. После того как Чейз Эллисон сыграл небольшую роль в эпизоде сериала «Семейный закон», началась его телевизионная карьера: он появился в таких сериалах как «Бумтаун», «Малкольм в центре внимания», «Женская бригада», «Провиденс», «Седьмое небо». Затем Чейз Эллисон стал получать приглашения на съемки в полнометражных фильмах. В результате с его участием на телеэкраны вышли картины «Сцены преступлений», «Идеальная жена», «Санта младший».
Актер сыграл второстепенную роль в фильме Джорджа Бамбера «Личная жизнь Этана Грина», что позволило ему получить более крупную роль в фильме «Загадочная кожа». В вышедшей в 2004 году «Загадочной коже» с Джозефом Гордоном-Левитом в главной роли Чейз сыграл восьмилетнего Нила МакКормика, в то время как Джозеф сыграл Нила в возрасте 18 лет. Герой Чейза Эллисона – один из двух мальчиков, попавших в сексуальную зависимость от тренера Малой бейсбольной Лиги. Фильм имел успех в прокате и собрал лестные отзывы критиков и зрителей.
После этого Чейз стал чаще сниматься в большом кино, появившись в фильмах «Последнее копье», «Самоубийцы: история любви» и «Как на ладони». В 2008 году на экраны вышел фильм «Спрячь это подальше», где актер сыграл главного героя в детстве. Затем последовала небольшая роль в драме «Светлячки в саду». Также стоит отметить главную роль в драматичной короткометражке «Землетрясение».
Чейз продолжал сниматься и на телевидении, появившись в эпизоде в сериале «Клиент всегда мертв», а также несколько раз в роли Ноа Ньюмана в эпическом сериале «Молодые и дерзкие». Кроме того, его можно было увидеть в сериалах «Rodney» и «Спасение». В 2010 году Чейз Эллисон появился во второстепенных ролях в фильмах «Зубная фея» и «Неуправляемый», а в 2011 году сыграл одну из главных партий в комедии «Вот я какой».
