Figlia di un ingegnere, venne educata in un convento e studiò pianoforte al Conservatorio di Detroit. Sin da piccola aveva intenzione di fare l'attrice e l'occasione arrivò quando il regista David W. Griffith, come gesto di ringraziamento verso lo zio dell'attrice, famoso giornalista - che in alcuni suoi articoli aveva elogiato due suoi film, The Birth of a Nation (La nascita di una nazione, 1915) e Intolerance (Intolerance, 1916) - la introdusse nel mondo del cinema. Colleen Moore debuttò sullo schermo nel film The Prince of Graustark (1916), ma ottenne il suo primo ruolo da protagonista in Little Orphant Annie (1918) di Colin Campbell. Il film che ne decretò il successo fu però Flaming Youth (Giovinezza ardente, 1923), un dramma in cui l'attrice vi interpretava una viziata e capricciosa ragazza che cade nella depravazione e diventa una prostituta. Il film ne mise in luce la spiccata sensibilità recitativa, e la bellezza così delicata e vivace. Successivamente alternò ruoli brillanti ad alcuni più sentimentali, e talvolta drammatici, affermando il suo personaggio di seducente e spiritosa "maschietta" dall'aria esuberante e i capelli tagliati corti. Eccellente interprete di commedie, si dedicò sporadicamente anche ad interpretazioni drammatiche, fornendo ottime prove in film come So Big (Grande... così!, 1925) di Charles Brabin, e Lilac Time (Le sette aquile, 1928) di George Fitzmaurice. Con l'avvento del sonoro recitò ancora in alcuni film, per ritirarsi dopo The Scarlet Letter (La lettera scarlatta, 1934) di Robert G. Vignola. Negli ultimi anni l'attrice si dedicò alla scrittura, pubblicando nel 1968 una spiritosa e godibile autobiografia, intitolata Silent Star (Stella del muto). La ricordiamo infine, ancora vivace ed ironica, quando venne intervistata per il documentario televisivo Hollywood: A Celebration of the American Silent Film, realizzato nel 1980 e dedicato alla gloriosa era del cinema muto hollywoodiano, di cui l'attrice era stata una delle vere grandi star. La dolce e vivace Colleen Moore, si spense per un cancro all'età di ottantasette anni.