Moyer debütierte im Jahr 1993 in der britischen Fernsehserie Conjugal Rites, in der er eine der größeren Rollen spielte. In dem Fantasy-Abenteuerfilm Prinz Eisenherz (1997) übernahm er die Titelrolle, und in dem historischen Filmdrama Quills – Macht der Besessenheit (2000) trat er an der Seite von Geoffrey Rush und Kate Winslet auf. Eine der Hauptrollen spielte er neben Anne Parillaud in dem Actionthriller Deadlines (2004); in dem Thriller 88 Minuten (2007) war er an der Seite von Al Pacino und Leelee Sobieski zu sehen.
Seit September 2008 ist Moyer als Vampir Bill Compton in der HBO-Serie True Blood, basierend auf der Sookie-Stackhouse-Romanserie von Charlaine Harris, zu sehen. Er ist, so wie in der Serie, auch im wahren Leben mit Anna Paquin liiert. Am 21. August 2010 heirateten die beiden in Malibu.
Moyer ist Vater eines im Jahr 2000 geborenen Sohnes und einer im Jahr 2002 geborenen Tochter.

Filmografie (Auswahl)

1993–1994: Conjugal Rites (Fernsehserie)
1996: Lord of Misrule
1997: Prinz Eisenherz (Prince Valiant)
1998: Comic Act
2000: Quills – Macht der Besessenheit (Quills)
2001: Trinity
2001: Uprising – Der Aufstand (Uprising)
2001: Gwyn - Prinzessin der Diebe
2004: Deadlines
2005: Undiscovered
2006: Land of the Blind
2007: 88 Minuten (88 Minutes)
2007: Restraint
2007: Alles auf Anfang (The Starter Wife)
Seit 2008: True Blood (Fernsehserie, HBO)