Universitaire, essayiste et romancière, elle est Présidente d’honneur de la Société des Gens de Lettres, elle fut aussi directrice de l’Institut français de Florence.
Son œuvre s’inspire essentiellement de la problématique du corps et de ses métamorphoses. Elle est l’auteur d’essais dont Le Corps à corps culinaire et Corps sur mesure, de nouvelles dont Histoires de Bouches (Prix Goncourt de la nouvelle), de romans dont La dame en bleu (Prix Anna de Noailles de l’Académie française) et de récits dont La dernière leçon, un texte sur la fin de vie au succès retentissant (Prix Renaudot des Lycéens). Ses livres sont traduits dans une vingtaine de langues. Plusieurs de ses textes ont été adaptés pour le théâtre, la télévision et le cinéma. Par ailleurs, elle est l’auteur de deux films documentaires pour la télévision, sur les greffes d’organes et la grand-maternité.
Soucieuse de développer de nouvelles formes de création, Noëlle Châtelet privilégie désormais le « compagnonnage » et offre sa plume à des sujets et des partenaires divers. L’écriture de pièces de théâtre (dont un entretien imaginaire avec le Marquis de Sade) et de scénarios, ainsi que des textes sur de grandes figures de l’art, de la littérature et de la danse sont désormais sa priorité. Pour le musée Angladon d’Avignon elle a notamment écrit un recueil de lettres fictives de Jacques Doucet, grand couturier et collectionneur de la Belle Époque, par ailleurs, objet d’une performance au musée Angladon et bientôt au 7 L., futur lieu artistique de la maison Chanel à Paris.
La musique occupe une place de choix dans cette nouvelle aventure créative. Les performances scéniques de certains de ses textes, qu’elle interprète elle-même ou avec le comédien François Marthouret, sont la plupart du temps accompagnés de musique live par des musiciens, dont Géraldine Laurent, grande saxophoniste de jazz. Noëlle Châtelet a aussi adapté et lu sur scène, Le Prince Heureux, une nouvelle d’Oscar Wilde, conte musical d’Angélique Ionatos, réorchestré pour des chœurs d’enfants et représenté dans quatre théâtres du 93, en 2018 et 2019.