Elle est née à Atlanta, en Géorgie, dans une famille très chrétienne, d’un père chirurgien plasticien et d’une mère infirmière dans une fratrie de quatre frères aînés
Sa carrière d’actrice à Hollywood a commencé quand elle débute en interprétant Violet dans deux épisodes de la série télévisée “Le Protecteur”, et obtient son premier rôle au cinéma en jouant Molly dans “Heart of the Beholder”.
En 2005, elle est choisie pour jouer dans le film Amityville : sa performance dans le rôle de Chelsea Lutz lui vaut une nomination pour les Young Artist Awards.
En 2014, elle apparaît ensuite, la même année, dans le film “Si je reste” du réalisateur R.J. Cutler, ainsi que dans le long-métrage “Equalizer”, dans lequel elle joue en compagnie de Denzel Washington. Grâce à ce même film, l’actrice devient la jeune actrice la mieux payée d’Hollywood, ayant touché 400.000 dollars pour le tournage à seulement 17 ans.
Pour la même année, Chloë Moretz est considérée comme «la star de sa génération».
