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. À quinze ans, il se blesse pendant un match et atterrit à l'hôpital. 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 lui demande de venir le rejoindre à Hollywood.
Chad part à Los Angeles en 1999 et devient immédiatement mannequin pour des marques prestigieuses comme 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 devenant Tristan DuGrey dans la série Gilmore Girls.
La chaîne américaine The WB lui propose donc des apparitions dans sa série Dawson. Puis lorsque celle-ci s'arrête en 2003, Chad décroche un premier rôle dans Les Frères Scott.
Le succès de la série lui permet d'accéder au grand écran. Il joue dans Freaky Friday au coté de Jamie Lee Curtis et de Lindsay Lohan. Ensuite, il donne la réplique à Hilary Duff dans Comme Cendrillon. En 2005, il apparaît dans La Maison de cire aux cotés de 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 et Jessica Biel.
Chad a remporté avec toute son équipe les awards auxquels ils étaient nominés au Teen Choice Award :
Choice Movie Thriller : House of wax
Choice Movie Actor: Action/Adventure/Thriller :Chad Michael Murray(House of Wax)
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. Le divorce a été officiellement prononcé en janvier 2007 après une demande d'annulation de mariage de la part de Sophia.
Depuis décembre 2005, il sort avec l'actrice Kenzie Dalton, l'une des figurantes dans Les Frères Scott de 7 ans sa cadette (née le 7 mars 1988) et en avril 2006, ils se sont fiancés. Il l'a demandée en mariage et cette dernière a accepté. Le mariage est prévu pour l'été 2008.
