
เฌอมาลย์เป็นบุตรสาวของพลเรือตรี สิริศักดิ์ บุญยศักดิ์ กับธัญดา นิลภิรมย์ (ชื่อเดิม: จิราภรณ์) มีพี่สาวร่วมบิดามารดาคือดารัณ บุญยศักดิ์ (ชื่อเดิม: สินิทธา) เธออยู่ในครอบครัวแม่เลี้ยงเดี่ยว จึงได้รับการเลี้ยงดูจากยุพิน กฤษณรัตน์ ผู้เป็นยาย
เฌอมาลย์จบการศึกษาระดับประถมศึกษาโรงเรียนเซนต์โยเซฟระยอง จังหวัดระยอง ต่อมาได้ศึกษาในระดับมัธยมศึกษาตอนต้น โรงเรียนโยนออฟอาร์ค กรุงเทพมหานคร และมัธยมศึกษาตอนปลาย โรงเรียนบดินทรเดชา (สิงห์ สิงหเสนี) ระดับปริญญาตรีคณะบริหารธุรกิจ วิทยาลัยนอร์ทเทิร์น จังหวัดตาก และคณะนิเทศศาสตร์ มหาวิทยาลัยอัสสัมชัญ
ในวัยเยาว์เธอเคยเปลี่ยนไปนับถือศาสนาคริสต์นิกายโรมันคาทอลิก ครั้นจำเริญวัยขึ้นจึงหันไปนับถือศาสนาพุทธ ซึ่งช่วงต้นปี พ.ศ. 2555 เธอกล่าวถึงทัศนคติที่มีต่อศาสนาว่า "พลอยเป็นคนที่นับถือศาสนาพุทธ แต่นับถือศาสนาคริสต์ด้วยครึ่งหนึ่ง ซึ่งพลอยจะขอเชื่อในสิ่งที่พระพุทธเจ้าสอนเท่านั้น พลอยไม่เชื่อเรื่องดวง พลอยเป็นคนที่เชื่อในตัวเองมากกว่า..." แต่ภายในปี พ.ศ. 2555 นั้นเองเธอได้หันไปนับถือศาสนาคริสต์นิกายโปรเตสแตนต์
เฌอมาลย์เริ่มเข้าวงการบันเทิงตั้งแต่อายุ 13 ในละครเรื่อง เงาราหู รับบทเป็นนางเอกวัยเด็ก ซึ่งเรื่องนี้ ดารัณ บุญยศักดิ์พี่สาวแท้ ๆ ของเธอแสดงเป็นนางเอกคู่กับพีท ทองเจือ และลงนามสัญญาเป็นนักแสดงช่องสามในปี พ.ศ. 2549
ในปี พ.ศ. 2550 เฌอมาลย์แสดงในภาพยนตร์เรื่อง รักแห่งสยาม ในบท จูน และ แตง ซึ่งจากบทบาทนี้ทำให้เธอได้รับรางวัลผู้แสดงสมทบหญิงยอดเยี่ยม จากหลายเวทีอย่าง รางวัลภาพยนตร์แห่งชาติ สุพรรณหงส์ ครั้งที่ 17, รางวัลภาพยนตร์ไทย ชมรมวิจารณ์บันเทิง ครั้งที่ 16 และ สตาร์เอนเตอร์เทนเมนต์อวอร์ดส 2007 ครั้งที่ 6