Bereits in ihrer Jugend erzielte Chen Meng zahlreiche internationale Erfolge. 2007 und 2008 wurde sie Jugend-Asienmeisterin im Einzel und mit der Mannschaft. Bei den Teilnahmen an der Jugend-Weltmeisterschaft 2008, 2009 und 2011 holte sie sieben Goldmedaillen: Dreimal im Teamwettbewerb, einmal im Einzel, zweimal im Doppel mit Gu Yuting und einmal im Mixed mit Song Hongyuan. 2010 spielte sie mit den Austrian Open ihr erstes Turnier im Erwachsenenbereich, dort schlug sie die Weltranglisten-18. Kasumi Ishikawa, bevor sie Zhu Yuling unterlag, im U-21-Wettbewerb erreichte sie das Halbfinale. In der Weltrangliste rückte sie dadurch in die Top 100 vor. Ab 2012 nahm ihre internationale Aktivität stark zu, bei den Qatar Open gewann sie ihre erste Einzel- und bei den Kuwait Open ihre erste Doppel-Goldmedaille auf der World Tour. Bei den Grand Finals schlug sie mit Ai Fukuhara die Nummer 6 der Weltrangliste, das Halbfinale ging gegen die amtierende Weltmeisterin Ding Ning mit 3:4 verloren. Danach rückte Chen Meng zum ersten Mal in die Top 10 der Weltrangliste vor.
Ihre erste Weltmeisterschaft im Erwachsenenbereich spielte sie 2013, wo sie im Achtelfinale der späteren Siegerin Li Xiaoxia unterlag und im Doppel Bronze gewann. Bei der Asienmeisterschaft gewann sie Bronze im Einzel und Mixed sowie Gold im Doppel und mit dem Team. Als Teil der chinesischen Mannschaft wurde sie 2014 Weltmeisterin und Siegerin bei den Asienspielen, bei denen sie auch Gold im Doppel holte. An der WM 2015 konnte sie nur im Mixed mit Emmanuel Lebesson teilnehmen, mit dem sie unter die letzten 32 kam. Dafür gelang ihr bei den Grand Finals mit Siegen unter anderem über Vize-Weltmeisterin Liu Shiwen der Einzug ins Finale, das sie erneut gegen die amtierende Weltmeisterin Ding Ning verlor. Zudem wurde sie Vize-Asienmeisterin im Einzel, holte Bronze im Doppel sowie Gold im Mixed und mit dem Team, mit dem sie 2016 erneut Weltmeisterin werden konnte.
Das Jahr 2017 begann für Chen erfolgreich, bei den Qatar Open gewann sie Gold im Einzel und Doppel. Im Einzel-Finale der Asienmeisterschaft, bei der sie im Doppel und mit dem Team Gold holte, unterlag sie allerdings als dritte Chinesin hintereinander der Überraschungssiegerin Miu Hirano.[2] Im Doppel mit Zhu Yuling, gegen die sie im Einzel im Viertelfinale ausschied, wurde sie wenig später Vize-Weltmeisterin, im August rückte sie zum ersten Mal auf Platz 2 der Weltrangliste vor. Nachdem sie bei den Grand Finals im Einzel und Doppel Gold gewonnen hatte, erreichte sie im Januar 2018 in der neuen Weltrangliste erstmals den ersten Platz,[3] mit der Mannschaft wurde sie erneut Weltmeisterin.[4] Ende des Jahres gelang ihr im Einzel die Titelverteidigung bei den Grand Finals.[5] 2019 wurde Chen Vize-Weltmeisterin im Einzel,[6] kehrte nach ihrem Sieg bei den China Open an die Spitze der Weltrangliste zurück[7] und konnte zum dritten Mal in Folge die Grand Finals gewinnen, was zuvor nur Liu Shiwen gelungen war.[8]
2020 gewann sie bei ihrer ersten Teilnahme am World Cup nach einem Finalsieg über Sun Yingsha die Goldmedaille.[9] Kurz darauf folgte ein Sieg bei den als Ersatz für die ITTF World Tour Grand Finals ausgetragenen ITTF Finals, womit sie das Turnierformat als erste Spielerin das vierte Jahr in Folge gewann.[10] 2021 nahm sie zum ersten Mal an den Olympischen Spielen teil, bei denen sie Gold im Einzel[11] und mit der Mannschaft holte.[12] Bei der Weltmeisterschaft in Houston gewann sie im Einzel und Doppel Bronze.[13]
Nachdem sie seit Juni 2019 durchgehend auf Platz 1 der Weltrangliste gestanden hatte, fiel sie in der fünften Woche 2022 auf Platz 2 zurück,[14] konnte aber später noch einmal für 17 Wochen an die Spitze zurückkehren. Bei den WTT Cup Finals 2022 gewann sie nach einer Finalniederlage gegen Sun Yingsha Silber.[15] Ebenfalls gegen Sun verlor sie das WM-Finale 2023, wodurch sie zum zweiten Mal Vize-Weltmeisterin wurde,[16] im Doppel mit Wang Yidi holte sie den Titel.[17] Auch bei den WTT Finals 2023[18] und beim World Cup 2024[19] schied Chen – jeweils im Halbfinale – gegen Sun Yingsha aus, diese konnte sie aber, wie schon 2020, im Finale der Olympischen Spiele bezwingen und so erneut Gold holen.[20]
Im Dezember 2024 kündigte sie ihren Rückzug aus der WTT an aus Protest gegen eine neue Regel, welche Geldstrafen für das Verpassen internationaler Turniere vorsieht.[21]
Anmerkung: Bei diesem Artikel wird der Familienname vor den Vornamen der Person gesetzt. Das ist die übliche Reihenfolge im Chinesischen. Chen ist hier somit der Familienname, Meng ist der Vorname.