Moore nació como Dorothy Joanne Cook el 10 de noviembre de 1934 en Americus, Georgia.^[2]​ Era la mayor de dos hermanas, hija de Dorothy Martha (de soltera English) y Henry Anderson Cook III.^[1]​ En 1941, cuando era niña, sus padres y su hermana menor sufrieron un fatal accidente de coche: su madre y su hermana murieron en el acto, mientras que su padre falleció un año después a causa de las lesiones sufridas. Moore fue entonces adoptada por una familia adinerada de la zona y cambió su nombre de Dorothy a Joanna.^[3]​

Moore debutó en televisión el 8 de noviembre de 1956 en un episodio de Lux Video Theatre. Al año siguiente, debutó en el cine en el drama policíaco de 1957 Appointment with a Shadow. Más tarde ese mismo año, apareció en episodios de Goodyear Theatre y Harbormaster, además de en otra película, Slim Carter. En 1958, tuvo un pequeño papel en el clásico del cine negro Touch of Evil, junto a Orson Welles, Charlton Heston, Janet Leigh y Marlene Dietrich, seguido de papeles más importantes en la película de terror Monster on the Campus y el western Ride a Crooked Trail.

De 1958 a 1959, Moore consiguió papeles como invitada en televisión, incluyendo Westinghouse Studio One, Suspicion, The Rough Riders, Bourbon Street Beat, Bat Masterson, The Real McCoys, Maverick, The Rifleman y Riverboat. Hizo una aparición especial en Perry Mason como el personaje principal en el episodio de 1958 "The Case of the Terrified Typist".

Durante la década de 1960, Moore continuó su carrera como actriz invitada en numerosas series de televisión, además de aparecer en películas. Entre 1960 y 1961, participó como actriz invitada en Five Fingers, The Rebel, Hong Kong, The Untouchables, 77 Sunset Strip, Going My Way y Empire.

En 1962, Moore interpretó a Miss Precious en Walk on the Wild Side junto a Jane Fonda, Barbara Stanwyck y Capucine, seguida del musical Follow That Dream con Elvis Presley. Ese mismo año, Moore apareció en cuatro episodios de The Andy Griffith Show como Peggy "Peg" McMillan, el interés amoroso del sheriff Taylor, y participó como estrella invitada en el episodio "There I Am – There I Always Am" de Route 66. En 1963, coprotagonizó Son of Flubber y fue elegida para The Man from Galveston, pensada como piloto para Temple Houston. También ese año, hizo una segunda aparición como invitada en Perry Mason como Grace Olney en "The Case of the Reluctant Model". En 1964, fue estrella invitada en Bob Hope Presents the Chrysler Theatre.

De 1965 a 1967, Moore apareció como invitada en The Man from U.N.C.L.E., The Rogues, My Three Sons, Peyton Place (protagonizada por el entonces marido de Moore, Ryan O'Neal), Daniel Boone, Cowboy in Africa e Iron Horse. En 1967, Moore interpretó a Daphne Harper, una snob y antigua reina de belleza universitaria amiga de Darrin, en el episodio "Charlie Harper, Winner" de Bewitched. Durante ese tiempo, Moore también tuvo un papel no acreditado como Angie, la viuda de Jesse Cole, en Nevada Smith, protagonizada por Steve McQueen.

A lo largo de los años 50 y 60, Moore también hizo múltiples apariciones en The Millionaire, The Andy Griffith Show, The United States Steel Hour, Route 66, Wagon Train, Alfred Hitchcock Presents (y The Alfred Hitchcock Hour), Hawaiian Eye, Alcoa Premiere, Gunsmoke, The Fugitive, The Virginian, The High Chaparral y The F.B.I.

Durante la década de 1970, Moore continuó con papeles como invitada en Nanny and the Professor, The Governor & J.J. y McCloud. En 1973, apareció en la adaptación televisiva de la película de 1954 Three Coins in the Fountain, también protagonizada por Yvonne Craig y Cynthia Pepper. En 1974, apareció en The Waltons en el episodio titulado "The Departure". En 1975, coprotagonizó la película The Hindenburg. Al año siguiente, apareció como estrella invitada en Petrocelli y The Blue Knight e hizo dos apariciones en Bronk.

A finales de la década de 1970, la carrera de Moore comenzó a decaer debido a problemas personales. Sus dos únicas apariciones en pantalla después de 1976 fueron en un papel secundario en la película para televisión Scout's Honor, protagonizada por Gary Coleman, y un pequeño papel en la película australiana Run Chrissie Run!

A principios de la década de 1960, Moore quedó sorda como consecuencia de una otosclerosis, que según su médico se debía a un depósito de calcio en el oído medio. Moore dijo que tenía que leer los labios para entender lo que decía la gente. En 1962, una operación le devolvió la audición.^[4]​

El 3 de abril de 1963, Moore se casó con su tercer esposo, el actor Ryan O'Neal.^[5]​ La pareja tuvo dos hijos: Tatum O'Neal y Griffin O'Neal.^[6]​ El matrimonio fue tormentoso y la pareja se separó a principios de 1966.^[7]​ En febrero de 1967, su divorcio se hizo definitivo.^[3]​

En febrero de 1975, se casó con el contratista de techos Gary L. Reeves.^[8]​

En 1970, Moore ingresó en el Camarillo State Hospital para recibir tratamiento psiquiátrico. Al año siguiente, fue arrestada por conducir ebria tras enzarzarse en una pelea mientras ella y sus hijos visitaban la casa de O'Neal en Malibú. Tras su arresto, perdió la custodia de sus hijos.^[3]​

A finales de la década de 1970, recibía ayuda económica de su hija Tatum, que se había convertido en una actriz ganadora de un Óscar a los 10 años y en una de las estrellas infantiles mejor pagadas de la época. Los niños seguían bajo la custodia de Ryan O'Neal y, a pesar del tratamiento, Moore continuó siendo adicta a las drogas y al alcohol. Como resultado, fue arrestada cinco veces por conducir bajo los efectos del alcohol durante la década de 1980.^[3]​

Moore fue diagnosticada con cáncer de pulmón en 1996. El 22 de noviembre de 1997, falleció 12 días después de cumplir 63 años.^[2]​ Su hija Tatum estuvo a su lado en el momento de su muerte. Las cenizas de Moore fueron trasladadas a su ciudad natal, Americus, Georgia, y fueron enterradas en el cementerio Oak Grove.^[3]​

• Esta obra contiene una traducción derivada de «Joanna Moore» de Wikipedia en inglés, publicada por sus editores bajo la Licencia de documentación libre de GNU y la Licencia Creative Commons Atribución-CompartirIgual 4.0 Internacional.
• Joanna Moore en Internet Movie Database (en inglés).
• «Tumba de Joanna Moore» (en inglés). Find a Grave.