Julianne Moore voit le jour le 3 décembre 1960 à Fayetteville (Caroline du Nord, USA), d'une mère psychiatre et d'un père militaire, ce qui l'oblige à passer son enfance entre les Etats-Unis et l'Allemagne, déménageant sans cesse.
Avant d’embrasser sa carrière de comédienne, sa mère l’a découragée en affirmant qu’elle avait un cerveau et que ce serait dommage de refuser de continuer à s’en servir. Ça explique sans doute pourquoi Julianne est devenue célèbre sur le tard. Elle commence sa carrière par le théâtre, puis le soap As the World Turns et finit par se faire remarquer pour la première fois grâce à Curtis Hanson qui lui offre un second rôle dans La main sur le berceau.
Par la suite, la miss gifle Madonna (Body), tourne un Tchekhov New-yorkais avec Louis Malle (Vanya, 42ème rue), affronte la malédiction d’une momie (Tales of the darkside), fait fuir les tyrannosaures (Le monde perdu), croise Johnny Depp (Benny & Joon), se casse la figure à plusieurs reprises (Evolution), incarne une maman courage (Mémoire effacée), joue les intrigantes malignes sourire narquois aux lèvres (Un mari idéal, d’après Oscar Wilde), ravive le spectre de Deborah Kerr en succombant aux désirs d’un amant (Fin d’une liaison) et de Vera Miles (Psycho), fait plaisir à son amoureux de réalisateur Bart Freundlich (Trust the man).

Julianne Moore est partout. Ses rôles marquants (et ses scènes mémorables) ne se comptent pas sur les doigts d’une main. Elle a notamment su s’imposer sous la caméra de Robert Altman. Dans Short Cuts, par exemple, où parmi la pléthore de comédiens (Andie McDowell, Jack Lemmon, Jennifer Jason Leigh, Lili Taylor, Robert Downey Jr., Madeleine Stowe, Tim Robbins), elle se distingue dans une scène où elle s’engueule avec son mari au téléphone dans le plus simple appareil. Elle rejoindra la troupe Altmanienne dans l’exquis Cookie’s fortune, Paul Thomas Anderson la convie lui aussi à deux reprises pour Boogie Nights et Magnolia.
Dans Big Lebowski des frères Coen, elle fait une apparition brève mais très marquante (inoubliable scène où elle présente des films pornos à notre héros éberlué et débite des répliques avec une précision machiavélique). Elle remplace au pied levé Jodie Foster dans Hannibal, la suite alors tant attendue et redoutée du Silence des agneaux. Mais c’est l’inimitable Todd Haynes qui a révélé sa palette de comédienne multifonction en la conviant à ses deux meilleurs opus : Safe et Loin du paradis. Dans The Hours, elle retrouve sa copine Nicole Kidman en Virginia Woolf.
Elle retrouve pour la troisième fois son complice Todd Haynes dans I'm not there, qui évoque la vie de Bob Dylan, incarné successivement par des comédiens différents.
Côté récompenses, Julianne Moore est nommée aux Oscars pour quatre films différents (Boogie Nights, La Fin d'une liaison, Loin du paradis et The Hours), sans jamais recevoir le prix.