Julianne Moore is de dochter van een militair rechter en een sociaal assistent van Schotse afkomst. In haar eerste levensjaren had ze al op tientallen plaatsen gewoond toen ze zich liet inschrijven aan de Universiteit van Boston. Ze studeerde er in 1983 af en vond hierna snel werk in lokale en 'Off Brodway' producties. Zo was ze in New York onder andere te zien in het stuk Serious Money van Caryl Churchill en Ice Cream/Hot Fudge. Ook in het stuk The Father had ze, net als Al Pacino (!) ook een rol, idem voor American Daughter (met Meryl Streep). In de jaren '80 was ze regelmatig te zien in soaps als The Edge of Night en As the World Turns waarvoor ze in 1988 een Emmy won voor haar dubbelrol.

Julianne Moore maakte in 1987 haar filmdebuut in de mini-serie I'll take Manhattan en in 1990 volgde haar langspeelfilmdebuut met Tales from the Darkside: The Movie. Dat niet altijd grote rollen nodig zijn om als acteur of actrice door te breken bewees Julianne Moore met The Fugitive (bijzonder korte verschijning als dokter) en Short Cuts van Robert Altman (als vrouw van - opnieuw - een dokter waar naar geluisterd wordt als ze aan het woord is...).

Andere films van Moore zijn onder andere The End of the Affair, Magnolia, Far From Heaven, The Shipping News van Lasse Hallström, Hannibal van Ridley Scott met Anthony Hopkins, de sciencefiction komedie Evolution met David Duchovny, A Map of the World met Sigourney Weaver en natuurlijk het meesterwerkje The Hours van Stephen Daldry waar onder andere Meryl Streep en Nicole Kidman ook een rol in vertolkten. Dat jaar was Julianne Moore de negende persoon ooit die er in slaagde om in één en hetzelfde jaar genomineerd te zijn voor een Oscar voor twee verschillende films (Far From Heaven en The Hours)!

Far From Heaven  is een film die  voor Julianne Moore een 'Independent Spirit Award', een Golden Globe- en een SAG nominatie opleverde. Ook voor haar rol in An Ideal Husband werd ze genomineerd voor een Golden Globe.

Voor haar rol in Boogie Nights werd ze genomineerd voor de Oscar voor 'Best supporting actress'.

Nog enkele Julianne Moore's films zijn Chloe, The Kids Are All Right, Crazy, Stupid Love en Being Flynn.