Elisabeth Singleton Moss 1982. július 24-én született a kaliforniai Los Angelesben, Ron és Linda Moss lányaként. Szülei zenészek voltak. Egy öccse van, akivel közösen a szcientológia szellemében nevelkedtek. Moss tinédzser korában profi táncos szeretett volna lenni, így New Yorkba utazott és a School of American Ballet-be kezdett járni. Hogy táncos lehessen és egyúttal színészi karrierjét is folytathassa, magántanuló lett. 1999-ben érettségizett. Első filmszerepét 1990-ben kapta - az NBC minisorozatában, a Lucky/Chances-ben tűnt fel, majd a Picket Fences című szériában formálta meg Cynthia Parks-ot. Ezt követően Holly DeCarlo-nak kölcsönözte hangját a Frosty Returns-ban (1992), valamint Michelle-nek a Volt egyszer egy erdőben (1993). Feltűnt a Gypsy című tévéfilmben, valamint Harvey Keitel kislányát alakította az Képzelt bűnök című drámában, 1995-ben. Ugyanebben az évben eljátszotta Ashley Judd fiatalabbik énjét a Love can build a bridge című életrajzi filmben. Linda Hamilton és James Belushi oldalán kapott egy mellékszerepet a Fele/más című filmben, majd Zoey Bartlet karakterét alakította Az elnök emberei című drámasorozatban - Martin Sheen és Stockard Channing lányaként volt látható. 2006-ig szerepelt a tévésorozatban, majd egy zavart lányt formált meg az Észvesztő című filmben Winona Ryder és Angelina Jolie oldalán. 2004-ben a Heart of America mellett még három filmet forgatott: Ron Howard-al az Eltűntek című thrillert, valamint a Virgint, amelyért Independent Spirit díjra jelölték. Több sorozatban is feltűnt a 2000-es évek derekán, többek között a Médiumban és a Grace klinikában, valamint olyan horrorfilmekben is szerepelt, mint az Invázió vagy a The attic. 2007-ben új fordulat következett karrierjében: megynerte Peggy Olson szerepét a Mad Men: Reklámőrültek című sikersorozatban, melynek kapcsán többször jelölték Emmy-díjra. Ezt követően a Broadway-en is bemutatkozott a Speed-the-plow című David Mamet című darabban, valamint Martha Dobie-t alakította a Végzetes rágalomban. Közben több filmes szerepet is kapott - játszott a Hova lettek Morganék valamint a Felhangolva című filmekben. 2013-ban a Sundance csatorna minisorozatában, a Tó tükrében szerepelt, amelyért Golden Globe-ban részesült, míg 2014 szeptemberében, a The Heidi Chronicles című Broadway szerepért Tony-díjra jelölték. 2008 októberében találkozott Fred Armisen színésszel, aki 2009 januárjában eljegyezte, majd ugyanezen év őszén feleségül is vette. A boldog frigy azonban nem tartott sokáig, hiszen 2010 júniusában szétköltöztek, majd 2011-ben elváltak egymástól.