Julianne Moore se je rodila na današnji dan leta 1960 kot Julie Anne Smith v kraju Fort Bragg v Severni Karolini. Njena mati je bila socialna delavka, oče je bil polkovnik in pozneje vojaški sodnik. Zaradi očetove vojaške kariere je zgodnja leta preživela na več kot dva ducata krajih po vsem svetu, piše v igralkinem življenjepisu na spletni strani IMDb.
Igro je študirala je na univerzi v Bostonu. Po diplomi leta 1983 je prevzela umetniško ime Julianne Moore in se preselila v New York, kjer je igrala v številnih off-broadwayskih predstavah. V 80. let minulega stoletja je nastopala v televizijskih serijah in filmih.
Na velikem platnu se je prvič pojavila v filmu Tales from the Darkside: The Movie (1990). Čez dve leti je zaigrala v stranski vlogi v filmu Roka, ki ziblje zibko in komediji The Gun in Betty Lou’s Handbag. V filmu Ubežnik (1993) režiserja Andrewa Davisa s Harrisonom Fordom v glavni vlogi je prevzela vlogo zdravnice Anne Eastman, v glavni vlogi pa je prvič zaigrala v filmu Safe (1995) režiserja Todda Haynesa.
Iz istega leta sta še romantična komedija Devet mesecev, v kateri je zaigrala ob Hughu Grantu, ter film Profesionalec (1995), v katerem je zaigrala ob Sylvestru Stallonu in Antoniu Banderasa. V filmu Življenje s Picassom (1996) je prevzela vlogo umetnikove ljubice Dore Maar, Picassa je odigral Anthony Hopkins.
Po režijsko taktirko Paula Thomasa Andersona je zaigrala v filmu Vroče noči (1997) ter za vlogo Amber Waves prejela nominaciji za zlati globus in za oskarja. Med drugim je zaigrala še v filmih Veliki Lebowski (1998), remaku filma Psiho (1998), ki ga je režiral Gus Van Sant, filmu Idealni soprog (1999), za katerega si je prislužila nominacijo za zlati globus, filmu Magnolija Paula Thomasa Andersona ter filmu Konec afere (1999), ki ji je prav tako prinesel nominaciji za oskarja in zlati globus.
Med novejšimi filmi velja omeniti Poti k zvezdam, za katerega je bila nagrajena na filmskem festivalu v Cannesu, Še vedno Alice, ki ji je prinesel oskarja, Igre lakote: Upor 1. in 2. del ter Kingsman: Zlati krog (2017). Lani aprila jo je Apple pridobil za serijo Lisey’s Story po knjigi Stephena Kinga.