โคลอี เป็นนักแสดงชาวอเมริกัน มีพี่ชายทั้งหมด 4 คน. เธอเข้าวงการตั้งแต่อายุเพียง 5 ขวบ ในนิวยอร์กซิตี้ กับงานนางแบบประจำโครงการรณรงค์ระดับชาติต่างๆ ซึ่งพบเห็นได้ตามสื่อสิ่งพิมพ์และจอแก้ว พออายุ 6 ขวบ เธอและครอบครัวย้ายมาอยู่ลอสแองเจลิส รวมทั้งลงหลักปักฐานในบทต่อเนื่องในดราม่าเรื่อง The Guardian ทางช่อง CBS
ไม่นานนัก บทบาทแรกในจอเงินก็มาถึงมือเธอ ในหนังนอกกระแสเรื่อง The Heart of the Beholder ต่อมาจึงจับจองบทนำใน The Amityville Horror ฉบับรีเมกโดย ไมเคิล เบย์ ซึ่งทำให้เธอกลายเป็นที่กล่าวขาน
ที่ผ่านมา โมเรตซ์เพิ่งแสดงใน Kick-Ass หนังแอ็กชั่นดัดแปลงจากหนังสือการ์ตูนในชื่อเดียวกันของ มาร์ก มิลลาร์ โดยรับบท ฮิตเกิร์ล สาวน้อยดุดันและปากไม่มีหูรูดวัย 11 ปี ที่ร่วมทีมกับพ่อ (นำแสดงโดย นิโคลัส เคจ) ต่อกรกับอาชญากรรม หนังนั้นได้รับคำวิจารณ์ในแง่บวก ส่วนโคลอีก็ถูกพาดหัวว่า ประสบความสำเร็จมากจริงๆ สาวน้อยสุดฮิตที่กำลังมาแรง ในนิตยสาร Teen Vogue
ปี 2010 ในหนังเรื่อง Diary of a Wimpy Kid ซึ่งดัดแปลงมาจากหนังสือชุดสำหรับเด็กยอดนิยมของ เจฟฟ์ คินนีย์ โมเรตซ์รับบทเด็กสาวมัธยมเคร่งขรึมในชุดดำที่ฉลาดกว่าเด็กวัยเดียวกันทั่วไป
ฤดูร้อนที่ผ่านมา โมเรตซ์แสดงในหนังสองเรื่องควบ เรื่องแรกคือ The Fields กำกับโดย อามี มานน์ เป็นไซโคทริลเลอร์ที่มีเค้าโครงจากเรื่องจริงในเมืองเล็กๆ ในเพนซิลวาเนียเมื่อปี 1973 (แสดงประกบ แซม เวอร์ธิงตัน และ เจสซิกา แชสเตน) ต่อมา โมเรตซ์ จึงเดินทางไปยุโรปเพื่อร่วมงานกับ มาร์ติน สกอร์เซซี ใน Hugo Cabaret (แสดงประกบ เซอร์ เบน คิงสลีย์, ซาชา บารอน โคเฮน และ อซา บัตเตอร์ฟิลด์) ซึ่งว่าด้วยเรื่องเด็กกำพร้าอายุ 12 ที่ใช้สถานีรถไฟในปารีสต่างบ้าน โดยเป็นหนังสามมิติเรื่องแรกของสกอร์เซซีและวางกำหนดฉายไว้ในเดือนธันวาคมปี 2011
ไม่นานนี้ โมเรตซ์เพิ่งฝากผลงานไว้ในหนังโรแมนติกคอเมดี้หลุดโลกชื่อดัง (500) Days of Summer (นำแสดงโดย โจเซฟ กอร์ดอน-เลวิตต์ และ ซูอี เดสชาเนล) นอกจากนี้ยังมี Not Forgotten (ประชันบทบาทกับ ปาซ เวกา และ ไซมอน เบเกอร์) รวมถึง The Eye (นำแสดงโดย เจสซิกา อัลบา), หนังยอดนิยมในเทศกาลต่างๆ อย่าง The Third Nail, Big Mommas House 2 (ประชันบทบาทกับ มาร์ติน ลอว์เรนซ์) และ The Children
ในส่วนของจอแก้ว โมเรตซ์แสดงในดราม่า Dirty Sexy Money ทางช่อง ABC เป็นนักแสดงรับเชิญในซีรี่ส์ My Name is Earl และ Desperate Housewives ร่วมด้วยให้เสียง ดาร์บี ตัวละครเอกในซีรี่ส์แอนิเมชั่นของดิสนีย์ My Friends Tigger and Pooh
