Laurent Chambaud a commencé sa carrière en service de protection maternelle infantile (PMI) en 1979. Puis il s'installe au Québec de 1980 à 1987 où il exerce en tant que médecin de santé publique et obtient une maîtrise de santé communautaire de l'Université de Montréal.

Formé au métier de médecin inspecteur de santé publique au sein de l'Ecole nationale de santé publique (ENSP) en 1988, il exerce à la direction départementale des Affaires sanitaires et sociales du Finistère jusqu'en 1990. Puis il enseigne pendant 6 ans à l'ENSP.

En 1996, il est nommé expert national détaché auprès de la Commission européenne puis coordinateur du projet d'établissement de l'Institut national de veille sanitaire (INVS) et directeur de la DDADD de la Mayenne en 1998.

De 2002 à 2006, il dirige la direction régionale des affaires sanitaires et sociales de Franche-Comté. Après un passage à l'Inspection général des affaires sociales de 2006 à 2010, Laurent Chambaud est nommé directeur de la santé publique de l'Agence régionale de santé d'Ile-de-France, puis rejoint le cabinet ministériel de Marisol Touraine.