Agnes Moorehead fait partie du Mercury Theatre d’Orson Welles qui lui confie le rôle de la mère de Citizen Kane (1941) et la dirige dans La splendeur des Anderson (1942), qui lui vaut une nomination à l’Oscar de la meilleure actrice dans un second rôle.
Elle sera aussi nommée dans cette catégorie pour ses interprétations dans Madame Parkington (1944) de Tay Garnett, Johnny Belinda (1948) de Jean Negulesco, et Chut, chut, chère Charlotte (1964) de Robert Aldrich, pour un rôle de domestique hystérique où son cabotinage est pénible.
Mais elle est le plus souvent admirable et ses compositions en font l’un des meilleurs seconds rôles hollywoodiens, de la femme défenestrée dans Les passagers de la nuit (1947) de Delmer Daves, à Endora, l’excentrique mère de Samantha dans la série Ma sorcière bien-aimée, en passant par la voisine médisante de Tout ce que le ciel permet (1955) de Douglas Sirk.
La carrière cinématographique d’Agnes Moorehead, qui se déroule de 1941 à 1973, comprend d’autres films marquants comme Voyage au pays de la peur (1942) de Norman Foster, La septième croix (1944) de Fred Zinnemann, Show Boat (1951) de George Sidney, Le secret magnifique (1954) de Douglas Sirk, Jesse James, le brigand bien-aimé (1957) de Nicholas Ray, et La conquête de l’Ouest (1962) de John Ford et Henry Hathaway,