ولدت كلوي غرايس موريتز في العاشر من فبراير من العام 1997 في أتلانتا، جورجيا، والدتها تعمل كممرضة في إحدى المستشفيات الحكومية، أما والدها فهو جراح تجميلي . لديها أربعة أشقاء يكبروها في السن، وهم: براندون وتريفور وكولين وإيثان . نشأت كلوي في عائلة مسيحيّة ملتزمة إلى أبعد الحدود.

في العام 2002 انتقلت كلوي من كرترسفيل جورجيا إلى نيويورك برفقة والدتها وأخيها الأكبر تريفور بعد قبوله في مدرسة الفنون التمثيلية المتخصّصة، فكانت تساعده في قراءة النصوص، وتستفيد منه في تعلّم تقنيات التمثيل، وعندما أدركت كلوي أنها تستمتع بأنشطة التمثيل، قرّرت عائلتها السماح لها بخوض بعض التجارب لترى ما إذا كان يمكنها تطبيق مهاراتها التمثيلية في شكل محترف. أولى لدوارها في حلقتين من The Guardian، لتحصل على الدور الحقيقي في Heart of the Beholder، ثمّ صارت تظهر في عدد من الأعمال التلفزيونية كضيفة شرف صغيرة السن. إلى جانب دور صغير في Big Momma’s House 2 و Desperate Housewives. ثم اكملت الطفلة المراهقة مسيرتها بنجاح في عدد من الأعمال، نذكر الأحدث منها وهي: Dark Places وThe Tale of Princess Kaguya وThe Equalizer وغيرها.

إلى جانب التمثيل، شاركت كلوي في عدد كبير من الجلسات التصويرية لأهم المجلات العالمية، كما دعيت لحضور أهم عروض الأزياء مثل ديور خلال أسبوع الموضة في باريس، كما إختيرت سفيرة لماركة الملابس Aéropostale.