Mariée, deux enfants.
Moira Kelly étudie la musique et le théâtre au Marymount Manhattan College à New York. Elle fait ses débuts d'actrice dans la série romantique To Have and To Hold. A la télévision, elle se partage entre ses rôles de Madeline Hampton et de Karen Roe dans A la Maison blanche et Les Frères Scott.
Au cinéma, on la voit pour la première fois dans le film The Boy who Cried Bitch. Sa filmographie compte des apparitions dans Billy Bathgate aux côtés de Dustin Hoffman, dans la réalisation de David Lynch, Twin Peaks et dans Chaplin de Sir Richard Attenborough avec Robert Downey Jr. Elle est aussi créditée au générique de Décroche les étoiles avec Gena Rowlands et Marisa Tomei, et de La Courtisane avec Jacqueline Bisset.