Carrie-Anne Moss nació el 21 de agosto de 1967, en Burnaby, British Columbia, Canadá. Hija de Barbara y Melvyn Moss, Carrie tuvo una infancia difícil, luego del divorcio de sus padres, cuando era muy pequeña, por lo que creció con su madre y su hermano, aunque pasando la mayor parte del tiempo sola, debido al trabajo de su madre. Desde niña, acudía a clases de teatro y actuación, en la Vancouver Children’s Musical Theatre, donde, en las filas de un coro musical, la chica viajaría por Europa, presentándose en varias puestas en escena durante su último año de secundaria.

A su regreso, Carrie ingresó a la American Academy of Dramatic Arts. Viviendo en Toronto, Carrie fue descubierta por una agente, quien deseaba representarla como modelo, carrera que aceptó y que la llevaría a Europa y Asia. A inicios de la década de los años 90, Carrie iniciaría su trabao en televisión con la serie Dark Justice (1991-1993), en el papel de Tara McDonald, a lo largo de 15 episodios. Poco después, la actriz participaó en series como Steven Matrix (1993), Models Inc (1994-1995) y F/X: The Series (1996-1997), hasta que llegó su papel más importante en una producción de las hermanas Wachowski. 

En 1998, Carrie conoció a Lana y Lilly Wachowski, quienes buscaban a una actriz para ser la heroína de su nuevo guion de ciencia ficción. Así, Carrie fue elegida para el papel de Trinity, en la exitosa cinta The Matrix (1999), todo un evento cultural y cinematográfico, que se convertiría en una de las cintas más taquilleras de la década. Con este papel, Carrie se abrió las puertas al cine de Hollywood, donde empezaría a trabajar en cintas como Memento (2000), Planeta Rojo (2000), Sospechoso cero (2004), Disturbia (2007), además de las secuelas Matrix Recargado (2003) y Matrix Revoluciones (2003).

En años recientes, Carrie ha sido una figura frecuente en televisión, en series como Chuck (2011), Vegas (2012), Humanos (2016), Jessica Jones (2015-2018), entre otras.