Hijo de una ama de casa y un policía, Moore comenzó su carrera como dibujante de historietas y modelo. Más tarde tomaría clases de interpretación en una academia londinense. Su atractivo pronto le abriría las puertas en teatro y cine, donde comenzaría en papeles no acreditados como el de centurión en César y Cleopatra.

Tras probar suerte en Estados Unidos, comenzó a hacerse popular de vuelta en Inglaterra al protagonizar la serie Ivanhoe. Unos años más tarde, en 1962, comenzó la emisión de la serie El Santo, en la que daba vida al personaje protagonista de Simon Templar, un ladrón que robaba a criminales jugando con su caracterización.

Ya en 1973, Moore tomaría el relevo de Sean Connery para dar vida al tercer James Bond cinematográfico. Su 007, al que encarnó en siete películas desde 1973 hasta 1985 (Vive y deja morir, El hombre de la pistola de oro, La espía que me amó, Moonraker, Solo para tus ojos, Octopussy y Panorama para matar), se alejaba de la imagen machista y solemne del de Connery para dar lugar a un personaje más refinado y divertido. Cuando cumplió los 58 años, Moore pasó el testigo a Timothy Dalton.

En el año 2007, Moore fue homenajeado con su propia estrella en el Paseo de la Fama de Hollywood en reconocimiento a su trayectoria en la pequeña y gran pantalla.

Algo alejado del cine, en los últimos años pudimos ver a Moore haciendo breves apariciones en series y películas en las que a menudo se interpretaba a sí mismo, como en El último acto (2016). En sus últimos trabajos ha prestado su voz para las cintas de animación aún no estrenadas Troll Hunters y Astrid Silverlock.

Centrado en labores humanitarias, desde 1991 era embajador de Unicef.