Moretz Atlanta, Georgia'da doğdu. Annesi Teri hemşire, babası ise plastik cerrahtı. Brandon, Trevor, Colin ve Ethan adlarında 4 erkek kardeşi vardır. Kardeşi Trevor Professional Performing Arts School'a kabul edilince onunla birlikte 2002'de New York'a gitti. İlk kez Guardian dizisinin iki bölümünde seyirci önüne çıktı, ilk filmi ise Molly rolünde oynadığı Heart of Beholder oldu. 2005 yılında Amityville Horror filmiyle daha fazla tanındı. Chelsea Lutz performansı beğeni topladı ve Yılın En İyi Genç Sanatçısı Ödülü'ne aday gösterildi.
Kariyerine daha sonra Big Momma's House 2, (500) Days of Summer, Kick-Ass gibi filmlerle devam etti. TV'de ise My Name is Earl dizisinde 1 bölüm Candy Stoker, Desperate Housewives'da ise 2 bölüm Sherri Maltby rolünde izleyicilerle buluştu.
Genç oyuncu 2011'de Martin Scorsese'nin Hugo filminde Isabelle, 2012 yapımı Karanlık Gölgeler (Dark Shadows) filminde ise Carolyn rolleriyle izleyicilerin beğenisini kazandı. Sonrasında Carrie, If I Stay, The Fifth Wave, November Criminals gibi sinema filmleriyle çocuk oyunculuktan yetişkin oyunculuğa geçiş sürecini sürdürdü. 2018 yapımı Cameron Post'a Ters Terapi (The Miseducation of Cameron Post) filminde eşcinsel eğilimlerini bastırması için bir kampa gönderilen liseli Cameron Post'u canlandırdı.
