Керри-Энн Мосс родилась в Бернаби, Британская Колумбия. Её мать, Барбара, назвала ее в честь песни группы «Hollies» «Carrie Anne», которая была большим хитом в год ее рождения. Имеет старшего брата по имени Брук (Brooke). Будучи ребенком, Керри-Энн жила с матерью в Ванкувере. В возрасте 11 лет, она присоединилась к Ванкуверскому детскому музыкальному театру, а позже, в старших классах, отправилась на гастроли по Европе с хором Magee Secondary School. По возвращении поступила в Американскую Академию драматического искусства в Пасадине. В 1985 переехала из Ванкувера в Торонто и стала моделью. Благодаря этой деятельности она попала в Японию и Испанию в конце 1980-х.
Во время съёмок «Матрицы» (предположительно до июля 1999 года) у Мосс был роман с Киану Ривзом.
Мосс замужем за актёром Стивеном Роем с ноября 1999. У них трое детей: сын Оуэн (сент. 2003), второй сын, предположительно, Джейден (ноябрь 2005) и дочь (июнь 2009). Мосс отказалась раскрывать публично имена своих детей, защищая их частную жизнь.
Лучшая подруга Керри-Энн Мосс — актриса Мария Белло. Является крестной матерью сына Белло — Джека (Джексон Блю МакДермотт), а Белло крестила старшего сына Мосс. Хорошо дружит с Джадой Пинкетт-Смит после совместных съемок в фильмах «Матрица: Перезагрузка» и «Матрица: Революция».
Мосс — веганка.
Пока Мосс была в Испании, она получила роль в драматическом сериале «Тёмное правосудие», впервые появившись на телевидении. Она переехала из Барселоны в Лос-Анджелес с сериалом в 1992 году. Мосс сыграла одну из моделей в небольшой мыльной опере «Агентство моделей», спин-оффе популярного телесериала «Мелроуз Плейс». Её большой прорыв произошёл, когда она была выбрана на роль одетой в латекс девушки-хакера по имени Тринити в нашумевшем фильме 1999 года «Матрица». Мосс исполняла роль Тринити и в последующих двух сиквелах фильма, а также озвучила игры и анимации на тему «Матрицы». Кстати, ранее она снялась в канадском несвязанном с фильмом сериале, который тоже назывался «Матрица».
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.
Озвучила персонажа по имени Ария Т’лоак в игре «Mass Effect 2», которая вышла в январе 2010. Сейчас участвует в производстве анимационного фильма «Заводная девочка» режиссёра Кевина Конрада Ханны.