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».
