Dorastała w St. Louis w Missouri (USA). W 1918 roku ukończyła Central High School, a w 1923 Muskinum College ze stopniem naukowym nauczyciela biologii. Kiedy jej rodzina wyprowadziła się do Reedsburg, tam Agnes pracowała w szkole. Uczęszczała też do znanej uczelni American Academy of Dramatic Arts, którą ukończyła z wyróżnieniem w 1929 roku. Jako aktorka zadebiutowała w arcydziele światowego kina "
Obywatelu Kane"
Orsona Wellesa. Potem posypały się kolejne role we "
Wspaniałości Ambersonów" czy "
Johnny Belinda" - za udział w tym pierwszym otrzymała nagrodę nowojorskich krytyków oraz nominację do Oscara. Grała nie tylko w filmach, ale również w teatrze. W latach 1951-1952 występowała na Broadwayu w sztuce "Don Juan in Hell". W latach 40. i 50. pojawiała się bardzo często w programach radiowych, jednym z nich był "Sorry, Wrong Number". Aktorka wychodziła za mąż dwukrotnie i dwukrotnie się rozwiodła. Z pierwszym mężem adoptowała syna Seana. W 1964 roku zagrała w "
Nie płacz, Charlotto" i za tę rolę dostała Złoty Glob dla najlepszej aktorki drugoplanowej. Kilka lat przed śmiercią Moorehead mierzyła się z plotkami o swoim homoseksualizmie. Aktorka zmarła na raka macicy 30 kwietnia 1974 roku w wieku 73 lat.