Morena Baccarin Brezilya'nın Rio de Janeiro kentinde aktris Vera Setta ve gazeteci Fernando Baccarin'in çocuğu olarak dünyaya geldi. Amcası aktör Ivan Setta'dır. İtalyan asıllı olmasının yanı sıra Lübnan ve Portekiz/Brezilya kökenlidir. Babasının tayini çıktığında 10 yaşındayken New York'a taşındı. LaGuardia Müzik ve Sahne Sanatları Lisesi'ne ve ardından Juilliard Okulu'na devam etti. New York'ta kaldığı süre boyunca tiyatroda çalıştı, özellikle de Natalie Portman'ın yedeği olduğu Anton Çehov'un "The Seagull" oyununun Central Park prodüksiyonunda yer aldı ve ayrıca birkaç filmde rol aldı. Düzenbaz Roger (2002) filmini çektikten sonra Los Angeles'a taşındı ve burada Joss Whedon'ın dikkatini çekerek kısa ömürlü kült bilimkurgu dizisi Firefly'da (2002) rol aldı. O zamandan beri televizyon ekranlarımızdan nadiren uzak kaldı.