Хламидомонада размножается путем деления клетки, а именно бинарным делением. В процессе деления клетка разделяется на две дочерние клетки, каждая из которых содержит полный набор хромосом и органелл. Этот процесс происходит быстро, что позволяет хламидомонаде быстро увеличивать свою популяцию в благоприятных условиях обитания.