Amerikan ordusunda görevli bir baba ve İskoç kökenli bir annenin kızı olarak dünyaya geldi. Boston Üniversitesi’nde eğitime başlayıncaya kadar ailesiyle birlikte birçok şehir ve ülke değiştiren Julianne Moore, üniversite eğitimini Güzel Sanatlar Fakültesinde ve oyunculuk alanında tamamladı. Mezun olduktan sonra New York’a taşınan Moore, yoğun biçimde tiyatrolarda çalışmaya başladı.

1980’lerin başında Broadway’de ciddi oyunlarda rol alan oyuncu, gerçek çıkışını ise televizyonda yayınlanan mini seriler ve pembe dizilerle gerçekleştirdi. İrili ufaklı televizyon filmlerinde de rol alan güzel yıldız, sinema dünyasına "Korku Günleri" (1990) adlı filmle geçti. 1990’ların başında rol aldığı yan karakterlerin ardından "Kaçak" (1993) filmindeki 'Dr. Anne Eastman' rolüyle parladı.

Moore ilk başrolünü ise Todd Haynes imzalı "Safe" (1995) filminde elde etti. Bu filmde sorunlu ve takıntılı bir ev kadınını canlandırdığı 'Carol White' rolüyle hem eleştirmenlerden övgü aldı hem de Independent Spirit Ödülleri’nde adaylık kazandı. Oyunculuk performansı ile Steven Spielberg'in ilgisini çekti ve sonrasında Spielberg, "Kayıp Dünya: Jurassic Park" (The Lost World: Jurassic Park, 1997) filminde oyuncu kadrosunda kendisine yer verdi.

1997’de gelen "Ateşli Geceler" ise 'Amber Waves' rolü, Julianne Moore’a En İyi Yardımcı Kadın oyuncu dalında ilk Oscar adaylığını getirdi. "Büyük Lebowski" (1998) ve ardından gelen Gus Van Sant'ın yönetmenliğindeki "Psycho Remake" (Sapık) (1998) filminde başarılı bir oyunculuk sergiledi.

1999’da oldukça kalabalık bir kadroya sahip, sıra dışı film olan "Manolya" filminde 'Linda Partridge' rolünü üstlenen Julianne Moore, aynı yıl kendisine bu sefer En iyi Kadın Oyuncu dalında Oscar adaylığını getiren "Zor Tercih" (The End of the Affair, 1999) filminde 'Sarah Miles' karakteriyle göz doldurdu.

'Laura Brown' karakteriyle müthiş bir performans gösterdiği "Saatler" (The Hours, 2002) ve aynı yıl gelen "Cennetten Çok Uzakta" (Far From Heaven) filmleriyle 2003 yılının Oscar ödüllerinde iki farklı dalda adaylık alan Moore, Oscar ödülü alamadı fakat kızıl saçları, çilleri, yeşil gözleriyle Holywood camiasının en çekici ve yetenekli kadınlarından biri olduğunu da ispat etmeyi başardı.

2000’li yıllar boyunca "Son Umut", "Vahşi Zarafet", "Körlük", "Tek Başına Bir Adam" gibi filmlerde başarılı performanslarıyla izlediğimiz Julianne Moore, 2014'te en son kendisi gibi bir oyuncu olan 'Havana Segrand' karakterini canlandırdığı "Yıldız Haritası" filmiyle 67. Cannes Film Festivali’nden de ödülle dönmeyi başardır.

Moore, "Unutma Beni" (Still Alice) filmindeki 'Dr. Alice Howland' karakteriyle 5. kez Oscar adaylığı aldı. Filmlerinde genelde güçlü kadın karakterlere hayat veren başarılı aktris, kariyerine iki ayrı evlilik de sığdırdı. Oyuncu olan ilk eşi John Gould Rubin ile 9 yıl evli kaldıktan sonra 1995’te boşanan Julianne Moore, 23 Ağustos 2003’ten bu yana 2 çocuğunun babası olan yazar ve yönetmen Bart Freundlich ile evlidir.