Julie Anne Smith 1961. december 3-án született az észak-karolinai Fayetteville-ben. Szülei a hadseregnél szolgáltak, édesanyja pszichológus volt, jogász édesapja hadbíró. A család tucatszor költözött egyik támaszpontról a másikra, majd Julie kikötött a Bostoni Egyetem előadóművészi szakán.

A diploma után New Yorkba költözött, ekkor változtatta meg a nevét Moore-ra, és a fiatal színészek példáját követve nappal meghallgatásokra járt, este pedig pincérnőként dolgozott. Szerepelt néhány off broadway darabban, majd a nyolcvanas évek elején megpróbálkozott a televíziózással. 1985-1988-ig futott az Edge of the night (1985) sorozat, melyért Emmy-díjat kapott.

A színésznő 1990-ben kapta meg első filmszerepét a Tales of the Darkside sorozat mozifilmes változatában, majd ezt követte több kisebb szerep olyan hollywoodi sikerfilmekben, mint A kéz, amely a bölcsőt ringatja (1992), vagy a Harrison Ford főszereplésével készült A szökevény (1993). Ebben a filmben figyelt fel rá Steven Spielberg, aki próbafelvételek nélkül főszerepet adott neki a Jurassic Park folytatásában, az Az elveszett világ: Jurassic Park (1997) című filmben. Szintén ebben az évben játszott a Boogie Nights (1997) című moziban, amelyért Golden Globe- és Oscar-díjra is jelölték. Az 1999-ben forgatott Egy kapcsolat vége (1999) című filmért ismét Oscar-díjra jelölték, de ezúttal sem kapta meg a szobrot. Négy évvel később, 2003-ban két kategóriában is jelölték, a legjobb női színész és a legjobb női mellékszereplő díjakra.

Az utóbbi években olyan filmekben láthattuk, mint Az ember gyermeke (2006), az I'm not there - Bob Dylan életei (2007), a A gyerekek jól vannak (2010), a Őrült, dilis, szerelem. (2011), Don Jon (2013) vagy Az éhezők viadala: A kiválasztott - 1. rész (2014), melyek mindegyike igen sikeresnek bizonyult a kritikusok és a közönség körében is.

1995-ben elvált első férjétől, majd nyolc évvel később, csak második közös gyermekük megszületése után, 2003-ban ment hozzá jelenlegi férjéhez, Bart Freundlich-hoz. A színésznő már egy hónapos terhes volt első gyerekével, amikor elvállalta A nagy Lebowski (1998) című filmben az őrült képzőművésznő szerepét.

Színészi munkái mellett Julianne gyerekkönyvek szerzőjeként is megalapozta karrierjét. A Freckleface Strawberry (Szeplős arcú Eper) 2007. októberében jelent meg, majd ennek két folytatása 2009-ben és 2011-ben.