Chamonix ist einer der größten und bekanntesten Wintersportorte Frankreichs.
Zu Chamonix gehören die beiden Skiberge Le Brévent und La Flégère. An letzterem befindet sich ein Familienskigebiet, während Le Brévent vor allem mittelschwere und sehr schwere Pisten bietet. Die beiden Skigebiete sind durch eine Verbindungsbahn (Flégère/Brévent Liaison) lifttechnisch verknüpft. Direkt am Ortsrand befindet sich auch noch das kleine Skigebiet Les Planards, das hauptsächlich als Übungsgebiet für Anfänger dient. Weiter nördlich am Talende findet sich das weitläufige Skigebiet Domain de Balme, zu dem von Le Tour (1480 m) und von Vallorcine (1260 m) Gondelbahnen führen.
Die einzelnen Skigebiete und Ortsteile im Chamonix-Tal, sind durch ein öffentliches Bussystem miteinander verbunden und teilweise auch durch die Bahnlinie St. Gervais-Vallorcine erreichbar. Es gibt zwischen den einzelnen Gebieten, die man mit dem Skipass „Mont Blanc“ (insgesamt 700 Pistenkilometer) befahren kann, keinen Liftverbund.

In Chamonix befindet sich das Centre Nationale du Ski et de l’Alpinisme (Nationales Zentrum für Skisport und Alpinismus). Der Ort ist auch Ausgangspunkt der Haute Route, einer hochalpinen, mehrtägigen Skidurchquerung, die durch die Walliser Alpen bis nach Zermatt (Schweiz) führt, sowie des Ultra-Trail du Mont-Blanc, eines der anspruchsvollsten Bergmarathons weltweit.
Chamonix ist ein Zentrum für Freeriding und Extremskifahren. Der höchste Punkt des Skigebiets ist die Aiguille du Midi mit 3842 m, auf deren Gipfel die zweithöchste Seilbahn Europas führt, mit einem der Ausgangspunkte für Bergsteiger, die den Mont Blanc bezwingen wollen. Die Aiguille du Midi ist ebenfalls der Ausgangspunkt für die Gletscherabfahrt durch das Vallée Blanche und über das Mer de Glace.