Cleo Moore rodziła się 31 października 1928 roku w Baton Rouge (Luizjana, USA). Jej rodzice byli ściśle związani z polityką demokratów (w Luizjanie lat 20. i 30. polityka stanowiła pasję wielu zamożniejszych rodzin). Cleo rozpoczęła swój marsz ku sławie od ról w szkolnych przedstawieniach. Kiedy miała zaledwie 15 lat, poślubiła Palmera Longa, syna gubernatora i senatora oraz jednego z najbardziej wpływowych polityków amerykańskich, Hueya P. "Kingfisha" Longa (zginął w zamachu w 1935 roku). Związek ten przetrwał jedynie sześć tygodni, ale Cleo pozostało zainteresowanie polityką.

Kiedy Moore ukończyła szkołę średnią, wraz z rodziną przeprowadziła się do Kalifornii. Niewiele czasu minęło, kiedy odkryto ją dla przemysłu filmowego i stanęła przed swoim pierwszym ekranowym egzaminem, nieudanym obrazem "Congo Bill". Po tym rozczarowaniu Cleo powróciła do pracy w rodzinnym przemyśle budowlanym, była także modelką. W 1950 roku zagrała w "Rio Grande Patrol", "Tytoń!", "Gambling House" u boku Victora Mature'a i Williama Bendixa. Następnym jej filmem był nie najwyższych lotów "This Side of the Law". Wydawało się, że przeznaczeniem Cleo jest brylowanie w produkcjach klasy B, zagrała wprawdzie w ambitnym "Niebezpiecznym terytorium" z Idą Lupino i Robertem Ryanem, ale jej rólka była niewielka. Był to duży dramat dla aktorki obdarzonej talentem, który jednakże przegrywał na ekranie z wyzywającymi warunkami fizycznymi. Cleo nie chciała dłużej być ozdobą ekranu, ale pragnęła również pokazać pełnię swych możliwości dramatycznych. Niestety w 1954  roku zagrała w dwóch kolejnych niewypałach: "The Other Woman" i "Bait". Wystąpiła też w "Hold Back Tomorrow" i "Women's Prison". Ten drugi film uplasował się dość wysoko w box-office'ach - dzięki chwytliwemu tematowi i roli Cleo.

W 1957 roku aktorka, wraz z siostrą Marą Leą, wystąpiła w swym ostatnim filmie "Hit and Run", po czym porzuciła kino na zawsze. Poślubiła potentata handlu nieruchomości, Herberta Heftlera i rozpoczęła życie gospodyni domu, udzielającej się towarzysko i społecznie. W 1963 roku urodziła córkę. Na tydzień przed swymi 45-tymi urodzinami zmarła na atak serca w kalifornijskim Inglewood. Jej fani zapamiętali Cleo Moore jako symbol seksu lat 50. i wielki talent w małych filmach, aktorka na zawsze pozostała ofiarą swego zbyt efektownego wyglądu.