Asimismo filmó una docena de películas entre las cuales se destacan Thoroughly Modern Millie (1967), Change of Habit (1969) u Ordinary People (1980), y trabajó brevemente en Broadway.

Varias veces galardonada por su desempeño actoral, entre sus múltiples premios se hallan el Globo de Oro y el Emmy.

Moore empezó su carrera artística como bailarina a finales de los años 50 apareciendo en comerciales televisivos.

Sus primeros trabajos como actriz los obtuvo a principios de los años 60, cuando realizó pequeñas apariciones especiales en las series Johnny Staccato, Overland Trail y The Tab Hunter Show.

El primer papel regular de Moore en televisión fue como una misteriosa y glamorosa recepcionista telefónica en Richard Diamond, detective privado.

En 1961, Moore apareció en varios papeles importantes en películas y televisión, incluidos Bourbon Street Beat, 77 Sunset Strip, Surfside 6, Wanted: Dead or Alive, Steve Canyon, Ojo hawaiano, suspenso y encierro.

Cuando ganó su primer premio Emmy por su interpretación de Laura Petrie, dijo: "Sé que esto nunca volverá a suceder".

The Dick Van Dyke Show se transmitió por CBS hasta 1966 con gran aceptación por parte de la crítica y el público.

Con dirección de George Roy Hill, en 1967 se estrenó Thoroughly Modern Millie, uno de los filmes más importantes del año en donde Moore compartió créditos con Julie Andrews, Carol Channing y James Fox.

En 1980, Moore obtuvo el papel principal del filme Ordinary People (Gente corriente), su primer trabajo en el cine desde 1969.

En 1988 volvió a encontrar el éxito nuevamente en el teatro, esta vez al protagonizar Sweet Sue.

Durante los años 80, Moore produjo las piezas teatrales Noises Off, The Octette Bridge Club, Joe Egg, Benefactors y Safe Sex.

Su hijo Richard murió el 14 de octubre de 1980, cuando, según algunas fuentes, se disparó accidentalmente, y según otras se encontraba jugando a la ruleta rusa junto a dos amigas (Judy Vásquez y Janet McLaughlin).

Además, Mary Tyler Moore es referenciada en la canción "Buddy Holly" del grupo Weezer.

Moore vivía junto a su marido en un apartamento en el Upper East Side de Manhattan.