В 1979 году Джулианна отправилась в Бостон и поступила в местную Школу искусств. Через 4 года, получив степень бакалавра по актерскому мастерству, она переехала в Нью-Йорк, театральный центр Америки. Тут ей пришлось изменить свою фамилию, потому что в списке Гильдии актеров уже была такая актриса. Тогда девушка назвалась Джулианной Мур, взяв в качестве фамилии второе имя своего отца.
Джулианна Мур несколько лет выступала на Бродвее, подрабатывая официанткой в кафе. До начала 90-х она снималась в эпизодических ролях на телевидении, соглашаясь практически на все, что ей предлагали. Это принесло свои плоды: она получила неплохую актерскую практику и научилась перевоплощаться в разных героинь.
В 1991 году 30-летняя актриса дебютировала на большом экране. Это была небольшая, но интересная роль в картине «Сказки темной стороны». В следующем году она уже играла только в кино, включая нашумевший боевик «Беглец» с Харрисоном Фордом в главной роли. Ее роль не была центральной, но актрису заметили.
К середине 90-х годов героини Джулианны Мур занимали все больше экранного времени, а в 1997 году благодаря фантастической картине «Парк Юрского периода 2» она вышла на новый уровень. Отныне режиссеры стали доверять ей более серьезные и проникнутые драматизмом партии. Первым стал Пол Томас Андерсон. Он предложил Мур сыграть в его полупорнографической ленте «Ночи в стиле буги». Поначалу актриса была шокирована обилием сексуальных сцен, но все-таки согласилась.
Фильм Андерсона, вышедший в 1997 году, получил три номинации на «Оскар». Одним из номинантов стала Джулианна Мур. Кроме того, она была номинирована на «Золотой глобус» и стала лауреатом Satellite Awards. С новым витком в карьере совпало не менее важное событие в ее жизни, актриса стала мамой.
1999 году стал для Джулианны Мур очень насыщенным. Она сыграла в 5 картинах, в том числе в «Магнолии», в которой можно увидеть большое количество голливудских звезд. Роль актрисы была психологически сложной, но она успешно с ней справилась и не затерялась на фоне более знаменитых коллег.
2003 год принес Джулианне сразу две номинации на «Оскар», за работу в картинах «Вдали от рая» и «Часы». И в том, и в другом фильме актриса сыграла домохозяйку, скрывающую чувство пустоты и безысходности за фасадом добропорядочности и счастья. В «Часах» ей пришлось играть героиню в молодом и преклонном возрасте, с чем она отлично справилась.
2000-е годы вознесли популярность Джулианны Мур до небывалых высот. Во многом это произошло благодаря ее бесстрашию в выборе ролей. Ее можно увидеть в романтической картине «Доверься мужчине» (2005), фантастическом боевике «Пророк» (2007), драме «Одинокий мужчина» (2009), триллере «Убежище» (2010), драматической комедии «Эта дурацкая любовь» (2011) и пр.