Nascida em Califórnia, EUA, Jessica Chastain é filha de uma chefe vegana e um bombeiro. Aos 9 anos começou a dançar e já aos 13 estava em um grupo fazendo apresentações, na mesma época, Chastain começou a atuar em peças Shakespearianas de teatro em quase todo o estado.

Um dos atores de uma das produções que participava que a encorajou em entrar para a Escola de Arte Julliard, onde fez parte do "Crew 32" com a ajuda de uma bolsa de estudos paga por um dos ex-estudantes Robin Williams. 

Em seu último ano na faculdade, Chastain já tinha fechado contratos para participar de séries de televisão, mas ainda fazendo peças de teatro, algo que ela ama. Seus primeiros filmes foram: Stole (2007), Jolene (2008).

Já em 2012, a carreira da atriz alavancou quando recebeu a nomeação para o Oscar de Melhor Atriz Coadjuvante em seu papel no filme Histórias Cruzadas (2012). Além disso atuou em Zero Dark Thrity (2012), Homem de Ferro 3 (2013), Interstellar (2014), Crimson Peak (2015), Perdido em Marte (2015), O Zoológico de Varsóvia (2017) e um de seus papéis mais famosos como Beverly em It: Parte II (2019).

Em 2021 ela viveu Tammy Faye Bakker, no filme Os Olhos de Tammy Faye, ao lado do ator Andrew Garfield. Os dois intepretam o famoso casal que criou a maior rede de rádiofusão religiosa e o maior parque temático do mundo nas décadas de 1970 e 1980. Por conta de sua ótima atuação, a atriz concorre a um Globo de Ouro por Melhor Atriz em Filme de Drama. 

No mesmo ano, ela voltou a atuar com Ralph Fiennes para o longa The Forgive, que teve sua estréia no Festival de Toronto.

Seus futuros projetos incluem sua estreia no West End, em uma peça de teatro chamada A Doll's House. Além disso, Chastain também atua no filme As Agentes 355, onde ela também é produtora. Ela também vai atuar nos filmes, ainda sem data de estréia, The Good Nurse e a série George and Tammy.