Chloë Grace Moretz naît le 10 février 1997 à Atlanta en Géorgie américaine. Lorsque son frère Trevor – devenu son coach aujourd'hui - s’inscrit à une école d’arts du spectacle, elle assiste à ses prestations sur scène. Elle découvre alors qu'elle partage sa passion pour la comédie et entame sa carrière quand sa famille emménage à Los Angeles en 2003. Elle multiplie les apparitions dans les séries télévisées (Desperate Housewives, Earl, Le Protecteur) et on la voit au cinéma dans Amityville. Elle y interprète le rôle de Chelsea Lutz pour lequel elle sera nommée aux Young Artist Awards.
Le grand public la découvre dans la série Dirty Sexy Money où elle décroche un rôle récurrent. Elle joue dans (500) jours ensemble dont le succès à Sundance lui permet d’attirer l’attention des réalisateurs. Elle partage alors l’affiche de Kick-Ass avec Nicolas Cage en 2010 et sa prestation lui vaut de remporter un MTV Movie Award. Elle tourne par la suite pour Martin Scorsese en 2011 dans Hugo Cabret. L’année suivante, elle est choisie par Tim Burton pour incarner la fille de Michelle Pfeiffer dans Dark Shadows. La jeune fille y côtoie les plus grands et donne la réplique à Johnny Depp ainsi qu’à Eva Green.
La jolie blonde a également séduit les plus grands magazines de mode. La belle a posé pour Vogue, Marie-Claire, Elle ou encore Jalouse.
Côté coeur, elle vit une idylle depuis juin 2014 avec Brooklyn Beckham, fils aîné de Victoria et David Beckham. En mai 2016, Chloë Moretz confirme leur romance lors d'une interview télévisée. Mais quelques mois plus tard, en septembre 2016, le couple se sépare. Surprise, en octobre 2017, Brooklyn Beckham et Chloë Moretz s'affichent ensemble sur les réseaux sociaux, mais leur couple tient peu de temps, puisqu'ils annoncent leur rupture définitive en 2018. Depuis novembre 2018, Chloë Grace Moretz est en couple avec la mannequin Kate Harrison, révélant en même temps sa bisexualité.