Issue d’un milieu aisé, Yvonne Chevalier fait des études secondaires, puis étudie la peinture et le dessin. Ses premières photographies de marines et de falaises datent de 1909. Elle épouse en 1920 un médecin, avec qui elle a une fille l’année suivante. Elle reçoit et fréquente avec son mari de nombreux artistes et écrivains, dont ses amies Colette, Adrienne Monnier (1892-1955), Mariette Lydis (1887-1990), qu’elle photographie. En 1929, elle se consacre entièrement à son art et ouvre un studio de portraits en 1930, qui connaît un grand succès. Elle devient en outre la photographe attitrée du peintre Georges Rouault. En 1936, elle adhère à l’association de photographes illustrateurs et publicitaires français Le Rectangle, fondée par Emmanuel Sougez, René Servant et Pierre Adam, qui revendique un retour à l’équilibre classique.

Lors de deux expositions personnelles en 1935 et 1937, l’artiste montre ses photographies de nu, d’architecture et de paysages. Elle explore aussi le genre du portrait et du reportage (Algérie et midi de la France, 1937), travaille sur la sculpture (Rodin, 1935), l’architecture (abbaye du Thoronet, 1936) et les objets, en particulier les instruments de musique. Elle pratique le cadrage serré – par exemple sur les mains –, les vues en plongée et contre-plongée, les gros plans, les effets d’ombre et de lumière. En 1932, son portrait de Colette, plongé dans une ombre quasi totale, ne laisse voir, en pleine lumière, que l’œil de l’écrivaine. Présente lors de nombreuses expositions collectives, elle illustre aussi régulièrement différentes revues, telles que Arts et métiers graphiques, Cinégraph, Musica. À la suite des bombardements de 1945, la majorité de ses œuvres disparaissent dans un incendie.

En 1946, elle est une des cofondateurs du groupe des XV, qui aspire à faire reconnaitre la photographie comme un art à part entière, et avec qui elle expose à plusieurs reprises. En compagnie de l’écrivaine Marcelle Auclair, en 1949, elle réalise un long reportage dans les carmels espagnols afin de commémorer la fondation de l’ordre par Thérèse d’Avila. Elle poursuit une importante activité d’illustration de romans, puis cesse de photographier en 1970. En 1980, l’artiste trie et détruit un grand nombre de ses tirages.