Il est le fils du réalisateur et journaliste Serge Moati (né en 1946), issu d'une famille juive tunisienne, et de Sophie Gourdon (née en 1954), énarque, présidente de la troisième chambre de la Cour des comptes depuis 2015[1].
Sa grand-mère paternelle, Odette née Scemama (1905-1957), est quant à elle issue de la communauté des Juifs natifs de Tunisie, les Twânsa.
Sa tante, Nine Moati, née en 1938, est une romancière.
Il a un demi-frère, Victor, né en 1982, et une sœur, Irène, née en 1985.
Débuts et révélation
Il fait ses débuts au cinéma dans deux films aux registres très différents, la comédie adolescente LOL de Lisa Azuelos et le film d’horreur Livide.
Il bénéficie dès son troisième film d'un rôle exposé : dans la comédie politique Télé Gaucho, sous la direction de Michel Leclerc, il y joue Victor, un passionné de cinéma qui s’engage dans une chaîne de télévision associative. Sa performance lui vaut une nomination au César du meilleur espoir masculin, en 2013.
L’année suivante, il partage l'affiche de la comédie Libre et assoupi avec Baptiste Lecaplain et Charlotte Le Bon. Dans ce premier long-métrage de Benjamin Guedj, il campe un colocataire plein de candeur. Pour l'occasion, le jeune homme décroche le Coup de cœur du jury au festival international du film de comédie de l'Alpe d’Huez.
L'année 2015 est marquée par la sortie de trois films : il est au casting de la comédie Valentin Valentin, de Pascal Thomas, mais il passe surtout à un premier rôle avec À trois on y va, comédie de mœurs de Jérôme Bonnell. Il y a pour partenaires Anaïs Demoustier et Sophie Verbeeck. Cette comédie sur la bisexualité et le ménage à trois lui vaut une seconde nomination au César du meilleur espoir masculin.
En février 2019, il réalise son premier film Deux Fils. Pour ce passage à la mise en scène de long-métrage, Moati dirige aussi ses partenaires et amis : Vincent Lacoste et Anaïs Demoustier.