Carrie-Anne Moss saltó a la fama al protagonizar, junto a Keanu Reeves para Warner Bros. la icónica franquicia de extraordinario éxito de "Matrix" (que engloba "Matrix", "Matrix Reloaded" y "Matrix Revolutions").

Inmediatamente, empezaron a lloverle ofertas de algunos de los productores más destacados de Hollywood, que querían contar con ella en sus proyectos, como "Una banda de cuidado", una comedia de mafiosos de Disney de los productores Barry Sonnenfeld y Barry Josephson, en la que participó junto a Burt Reynolds y Richard Dreyfuss, "Planeta rojo", que protagonizó con Val Kilmer para Warner Bros. y el productor Mark Canton, la candidata al Oscar® "Chocolat", coprotagonizada junto a Juliette Binoche, Johnny Depp y Judy Dench para Miramax, del director Lasse Hallström y el productor David Brown, "Memento", thriller independiente de gran éxito de crítica, que protagonizó con Guy Pearce, a las órdenes de Christopher Nolan, y "Sospechoso Cero", junto a Aaron Eckhart y Ben Kingsley, en una producción Cruise/Wagner del director Elias Merhige.

Carrie-Anne ha seguido trabajando en toda clase de proyectos, como la producción independiente coral "Historia de un secuestro", con Ralph Fiennes, Rita Wilson y Glenn Close, "Siempre hay una primera vez", frente a Alec Baldwin, Luke Wilson y Nikki Reed, y el conmovedor drama de Marc Evans "Snow Cake", con Sigourney Weaver y Alan Rickman, así como la comedia de zombis "Fido", frente a Billy Connolly, Dylan Baker y Tim Blake Nelson, para el director Andrew Currie. También apareció frente a Shia LaBeouf en el éxito de taquilla "Disturbia", frente a Julia Roberts y Ryan Reynolds en "Luciérnagas en el jardín" y en la impactante cinta dirigida por Gregor Jordan "Amenazados", con Samuel L. Jackson y Michael Sheen. Además, aportó su voz al largometraje de animación "The Clockwork Girl" y repitió su papel en la tercera entrega de la popular franquicia de videojuegos "Mass Effect". "Knife Fight", con Rob Lowe, se estrenó recientemente en el Festival de Cine de Tribeca.

Carrie-Anne ha recibido numerosos reconocimientos por su trabajo, entre los que figuran candidaturas a los premios del Sindicato de actores (SAG), MTV y Teen Choice. Por su labor en "Memento", Carrie-Anne recibió un premio Independent Spirit a la "Mejor actriz de reparto". Más recientemente, obtuvo un premio Genie a la "Mejor interpretación femenina en un papel de reparto" por "Snow Cake", así como el premio del Círculo de la Crítica Cinematográfica de Vancouver a la "Mejor actriz en una película canadiense" por "Fido".

Entre las apariciones más recientes de Carrie-Anne se encuentran "Silent Hill 2: Revelación 3D" y las cintas independientes "El niño que huele a pez" y "Compulsion". También ha habido ocasión de verla en televisión como parte del elenco principal de la serie de época de la cadena CBS "Vegas", junto a Dennis Quaid y Michael Chiklis.