Кэрри-Энн Мосс родилась 21 августа 1967 года в Ванкувере, Канада. Еще будучи маленькой девочкой она решила для себя, что когда-нибудь непременно станет известной актрисой и получит ОСКАР. Она играла в детском театре, а ее мама, в одиночку воспитывавшая Кэрри-Энн с ее старшим братом всячески поддерживала ее в этом ее начинании. "Я никогда не боялась браться за сложные дела - моя мать всегда поддерживала меня и говорила, что я должна справиться со всеми своими начинаниями" - вспоминает актриса.

Учась в престижной школе, Кэрри-Энн пользовалась большой популярностью у одноклассников - ее всегда окружало большое количество друзей и поклонников. Практически сразу после поступления в школу, Кэрри-Энн была приглашена в хоровую студию и стала принимать участие в концертах хора по европейским городам.

Закончив школу, 17-летняя Мосс стала посещать курсы актерского мастерства, однако из-за финансовых проблем была вынуждена вскоре распрощаться со своей мечтой, найдя более приземленную работу официанткой в одном из ресторанов Ванкувера. Мечта стать актрисой становилась все более и более недостижимой - Кэрри-Энн не знала, как попасть в мир кинематографа и вскоре совсем забросила свои попытки. Но однажды к ней в ресторан зашел бывший школьный друг, актер, снимавшийся в то время в сериале "Элли МакБил" и напомнил ей о ее детской мечте, обещав помочь, чем сможет. На следующий день Кэрри-Энн уволилась со своей работы.

В 1991 году Кэрри-Энн улыбнулась удача - ей предложили небольшую роль в сериале "Dark Justice", съемки которого в то время происходили в Испании. Роль была незаметная, однако когда сериал "переехал" обратно в Лос-Анжелес, Кэрри-Энн также переехала в Штаты, став ближе к миру Голливуда.

В 1994 году Мосс была замечена мастером телесериалов Аароном Спеллингом (автор и продюсер таких хитов как "Беверли Хиллз 90210"), который предложил ей роль в сериале "Models Inc.", успех которого оказался, к сожалению, гораздо скромнее ожидаемого. Сериал сняли с эфира уже через 3 месяца, а сами актеры с недовольством вспоминали работу над фильмом - персонажи казались им плоскими, сюжетные линии - высосанными из пальца…

После неожиданного завершения съемок Кэрри-Энн была вынуждена вернуться обратно в Торонто, где ей удалось получить одну из центральных ролей в сериале "F/X: The Series". Однако из здесь актриса задержалась ненадолго - ее не устраивало развитие ее персонажа и она покинула проект. В промежутках между работой над сериалами актриса также снималась и в незначительных лентах для большого экрана, однако ни одна из картин не смогла принести ей желаемого интереса со стороны публики и критиков.

Карьера Кэри-Энн взяла резкий старт только в 1999 году, когда на экраны вышла "Матрица" - фильм, положивший начало новой эпохе в мире кино, эпохе безумных спецэффектов, моды на киберпанк и стильный экшн. Мосс шла на прослушивание будучи уверенной в очередном "пролете", однако братья Вачовски разглядели в ней огромный потенциал, сумев превратить звезду формата мыльных опер в культовую фигуру для миллионов киноманов со всего мира.

Следующие два года жизни актрисы были полностью посвящены съемках в сиквелах "Матрицы". "Перезагрузка" и "Революция" снимались как один фильм, в целях экономии бюджета большая часть съемок была перенесена в Австралию, а актерам пришлось уже во второй раз пройти усиленную физическую подготовку для того, чтобы выполнять все трюки самостоятельно (что впрочем не помогло им избежать травм - актриса сломала ногу выполняя опасный прыжок).

После выхода «Матрицы» Мосс играла вместе с Бертом Рейнольдсом и Ричардом Дрейфусом в гангстерской Диснеевской комедии «Команда». Затем она снялась с Вэлом Килмером в «Красной планете», а далее совместно с Жюльет Бинош, Джонни Деппом и Дамой Джуди Денч снялась в номинированном на Оскар фильме «Шоколад». Затем последовала роль в малобюджетном независимом триллере «Помни» с Гаем Пирсом в главной роли. За эту работу Мосс получила награду на «Independent Spirit Award» в 2002 как Лучшая актриса второго плана.

В 2004 году она появилась в триллере «Охотник на убийц», её следующей работой стала малобюджетная драма «Чамскраббер». В 2006 году Мосс сыграла вместе с Аланом Рикманом и Сигурни Уивер в «Снежном пироге». Фильм был высоко оценён критиками, несмотря не невысокие сборы в прокате. В том же году Кэрри-Энн сыграла главную роль в стильной чёрной комедии «Зомби по имени Фидо».

В 2007 году Мосс сыграла мать главного героя в исполнении Шайи ЛаБефа (Shia LaBeouf) в криминальной драме «Паранойя». Фильм собрал в мировом прокате 118 миллионов долларов.

В 2009 году Кэрри-Энн Мосс получила роль агента ФБР в политическом триллере «Немыслимое». Фильм рассматривает злободневную проблему терроризма и затрагивает сложные этические вопросы. Из-за невероятно жёстких сцен насилия в Штатах фильм не вышел в кинопрокат, его выпустили в 2009 году сразу на видео.

Озвучила персонажа по имени Ария Т’лоак в игре «Mass Effect 2», которая вышла в январе 2010. Участвувала в производстве анимационного фильма «Заводная девочка» режиссёра Кевина Конрада Ханны.