Хламидомонада размножается путем деления клеток. Этот процесс происходит сначала в результате митотического деления, после чего происходит цитокинез - разделение цитоплазмы.

Разница заключается в том, что у хламидомонады происходит два вида деления клеток: обычное митотическое деление, которое приводит к образованию двух одинаковых клеток, и редукционное деление или мейоз, которое приводит к образованию четырех гаплоидных клеток. Таким образом, размножение хламидомонады может быть как асексуальным (по митозу), так и сексуальным (по мейозу).