Chad Michael Murray est né le 24 août 1981 à Buffalo dans l'État de New York. À l'instar de son personnage de Lucas dans Les frères Scott, c’est un grand sportif et un excellent joueur de football américain qui vise une carrière professionnelle. À quinze ans, il se blesse pendant un match et doit être hospitalisé pendant quatre mois. C'est là que les infirmières lui conseillent de s'essayer au mannequinat. Deux ans plus tard, il participe à un salon sur la mode et se fait repérer par un agent californien, qui l'encourage à poursuivre son rêve d'acteur et lui demande de venir le rejoindre à Hollywood.
En 1998, Chad Murray prend donc la direction d'Hollywood où il pose pour de grandes marques : Sketchers, Tommy Hilfiger, Gucci. Il obtient quelques petits rôles à la télévision et fait une apparition remarquée dans la série Diagnostic : Meurtre. Il accède aux rôles réguliers en décrochant le rôle récurrent de Tristan DuGrey dans la série Gilmore Girls.
La chaîne américaine The WB lui propose donc des apparitions dans sa série Dawson dans laquelle il interprète Charlie.
Puis lorsque celle-ci s'arrête en 2003, Chad décroche un premier rôle dans Les Frères Scott aux côtés de James Lafferty. Chad Murray y incarne Lucas Scott. La série est rapidement un succès. En 2008, Chad a écrit un épisode des Frères Scott en hommage aux films des années 1940 (6x11 We Three (My Echo, My Shadow and Me) et en a réalisé un (6x14 A Hand to Take Hold of the Scene).
Le succès de la série lui permet d'accéder au grand écran. Il joue dans Freaky Friday aux côtés de Jamie Lee Curtis et de Lindsay Lohan. Ensuite, il donne la réplique à Hilary Duff dans Comme Cendrillon. En 2005, cet admirateur d'Edward Norton, Leonardo DiCaprio, Al Pacino et Robert De Niro apparaît dans La Maison de cire aux côtés d'Elisha Cuthbert (24 heures chrono) et Paris Hilton.
En 2006, il joue dans Home of the Brave le rôle d’un militaire américain pendant la guerre en Irak. Il donne la réplique à Samuel L. Jackson, Jessica Biel et 50 Cent. Malgré la mauvaise audience du film, Chad Michael Murray est repéré par de nombreux réalisateurs.
Il quitte Les Frères Scott en 2009. L'annonce officielle de son départ est faite par CW le jeudi 14 mai 2009. Hilarie Burton (Peyton) part également, n'ayant pas non plus trouvé d'accord avec la chaîne.
En 2010, Chad Murray fait une apparition dans un clip de la chanteuse Alicia Keys, Un-Thinkable, issu de son album The Element of Freedom.
Chad Michael Murray va bientôt commencer le tournage d'un nouveau film intitulé Lies in Plain Sight. Le film nous raconte l'histoire d'Ava et de sa cousine aveugle Sofia, qui ont grandi ensemble et sont aussi proches que des soeurs. Lorsque quelques années plus tard, Ava se suicide, Sofia retourne chez elle et se met à enquêter. Elle se plonge alors dans la vie de sa cousine et interroge ses ex-petits amis, elle découvre alors que leur enfance cache de sombres secrets. Chad Murray y joue le rôle d'un des ex-petits amis, Ethan. Il aura à ses côtés Rosie Perez, Benito Martinez (The Shield), Yul Vasquez et Christoph Sanders (Ghost Whisperer).
Il sera jury de Miss Univers 2011 au Brésil en septembre en compagnie de Laury Thilleman, Miss France 2011.
Il a épousé le 16 avril 2005, Sophia Bush, rencontrée sur le tournage des Frères Scott mais ils se sont separés 5 mois plus tard pour cause d'infidélité de Chad Murray. Le divorce a été officiellement prononcé en janvier 2007 après une demande d'annulation de mariage de la part de Sophia Bush. Aujourd'hui, il est maintenant fiancé avec la belle Kenzy Dalton, soeur de miss USA 2010 Kristen Dalton.
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“ On a déjà vu cent fois Fruitvale Station. S'il est inattaquable sur son sujet, sa forme elle, est un manifeste d'académisme du ciné indé US. ”— Plog_LeComte16 mai 2013
“ Fruitvale te gonfle le coeur pendant 1h15 avant de te l'exploser d'un coup de feu et te laisser, l'âme éteinte, sur le trottoir du ciné. ”— MiaF 5 janvier 2014