Jeremy Renner é o mais velho de uma família de cinco filhos. No colégio, ele descobriu a comédia, que se tornou sua vocação e se mudou para São Francisco, onde se apresentou nos teatros locais. Ele então se mudou para Los Angeles, onde trabalhou como maquiador e conseguiu alguns papéis no palco, principalmente em Search and Destroy. Em 1995, Jeremy Renner fez sua estréia no cinema na comédia escolar Total Alarm.

A partir de então, ele está presente principalmente na televisão para aparições rápidas em Angel ou CSI. Seu retorno ao cinema foi em 2002 com Dahmer. O ator então se torna um companheiro de equipe redentor de Samuel L. Jackson no explosivo S.W.A.T. - Comando Especial (2003), em seguida, tornou-se membro de um grupo neonazista trancado em um hospital psiquiátrico para Neo Ned (2005). Renner é notado e ganha o prêmio de Melhor Ator no Festival Internacional de Palm Beach.

No caminho, conseguiu papéis coadjuvantes ao participar de A Fraude (2005), no qual contracenou com a amiga Charlize Theron. Em 2007, Jeremy Renner está por toda parte: como primo de Jesse James (Brad Pitt) no faroeste O Assassinato de Jesse James e no mundo pós-apocalíptico de Extermínio 2. Ele até recebe tratamento no hospital do Dr. House.

Jeremy Renner é contratado para o papel de William James, sargento-chefe de uma unidade de Guerra ao Terror, cabeça-quente viciado em adrenalina e guerra. O filme participa do Oscar e ganha seis estatuetas. Seu desempenho rendeu a Jeremy Renner uma indicação de Melhor Ator Principal. Em 2010, seu amigo Ben Affleck o contratou para interpretar seu braço direito no thriller Atração Perigosa, dirigido pelo próprio Ben Affleck.

O ano de 2011 foi marcado por sua presença no casting de dois grandes sucessos de bilheteria: Missão: Impossível - Protocolo Fantasma de Brad Bird, ao lado de Tom Cruise, e Thor, de Kenneth Branagh. Ele encarna o super-herói Clint Barton, conhecido como Gavião Arqueiro, papel para o qual voltou ao serviço em 2012 com a equipe da Marvel no blockbuster Avengers, de Joss Whedon.

Impulsionado definitivamente ao posto de astro, Renner assume o lugar de Matt Damon na sequência da saga de Jason Bourne, o que lhe permite brilhar mais uma vez no cinema de ação.

Depois de enfrentar bruxas ao lado de Gemma Arterton em João e Maria: Caçadores de Bruxas (2013), o ator mostra outra faceta de seu talento no drama Era Uma Vez em Nova York, de James Gray. Ele interpretou o prefeito Carmine Pollito em Trapaça, novo filme de David O. Russell, que ganhou várias indicações ao Oscar em 2014. Depois se reuniu com o diretor Michael Cuesta em 2014, por O Mensageiro, cinebiografia do jornalista investigativo Gary Webb, onde ele interpreta o papel principal.

Ocupado com os filmes da Marvel, Jeremy Renner reprisa seu papel como Gavião Arqueiro em Vingadores: Era de Ultron, Capitão América: Guerra Civil e Vingadores: Ultimato. Ao lado desta lucrativa saga de super-heróis, ele estrelou o aclamado filme de ficção científica First Contact (2016) e interpretou um rastreador experiente investigando a morte de uma jovem no thriller Terra Selvagem (2017). 

Em 1º de janeiro de 2023, Jeremy Renner se envolveu em um acidente enquanto limpava a neve de sua casa após uma tempestade de inverno. O ator, que foi levado de helicóptero para o hospital, está atualmente hospitalizado em "estado crítico, mas estável", de acordo com a Variety.