Né le 19 mars 1977 dans l’état de New York, Ebon Moss-Bach grandit cependant à Amherts, dans le Massachusetts. Il vit une enfance paisible entouré de sa mère, Renee, qui dirige un magasin de vêtements, de son père, Eric, à la tête d’une école de musique et de son frère, Elan. Après le lycée, il part étudier à la prestigieuse université de Columbia.

Au cours de sa première année, il participe à un cours d’art dramatique par curiosité mais se prend rapidement au jeu. Une fois diplômé, le jeune homme décide de se lancer dans la comédie.

C’est en 1999 qu’il obtient son premier rôle dans le téléfilm Murder in a Small Town de Joyce Chopra face à Gene Wilder. Toutefois, c’est véritablement au début des années 2000 que sa carrière prend son envol grâce à ses rôles dans des films comme Danny Balint de Henry Bean (2001), La Famille Tenenbaum de Wes Anderson (2001) ou encore Le Sourire de Mona Lisa de Mike Newell (2003) face à Julia Roberts et Kirsten Dunst.

Quelques années plus tard, il se fait un nom sur le petit écran avec la mini-série historique John Adams (2008) autour de la vie du second président des États-Unis d’Amérique. Mais il explose littéralement grâce à son rôle récurrent de Nick Salenger dans la troisième saison de Damages aux côtés de Glenn Close et Rose Byrne.

Au cours des années 2010, Ebon Moss-Bachrach s’installe surtout à la télévision. En 2014, il intègre le casting de deux séries radicalement différentes. D’un côté, The Last Ship dans laquelle il interprète le personnage de Niels pendant dix épisodes. De l’autre, la très décalée Girls où il joue pendant trois ans le rôle de Desi Harperin. À la fin de la série, il rejoint une autre production : The Punisher. Il y incarne David Lieberman / Micro.

Tout en continuant à travailler énormément pour la télévision (NOS4A2, Andor, The Bear…), l’acteur n’abandonne pas le cinéma. Il retrouve Lena Dunham, son ancienne complice de Girls, qui le dirige dans Sharp Stick (2022), donne aussi la réplique à Jennifer Lawrence dans la comédie Le Challenge de Gene Stupnitsky (2023) et tient l’un des rôles phares du thriller Hold Your Breath de Karrie Crouse et William Jones (2024).

En 2025, il est choisi pour être le nouveau visage de Ben Grimm alias "La Chose" dans Les 4 Fantastiques, premiers pas de Matt Shakman. Le film sort en salles le 23 juillet prochain.