Jessica Michelle Chastain è nata a Sacramento, California, ed è cresciuta in una famiglia della classe media in un sobborgo della California del Nord. Sua madre, Jerri Chastain, è una chef vegana la cui famiglia è originaria del Kansas, e il suo patrigno è un pompiere. Ha scoperto la danza all’età di nove anni e all’età di tredici faceva parte di un corpo di ballo. Ha iniziato ad esibirsi in produzioni shakespeariane in tutta la Bay area.
Un attore in una produzione di “Romeo & Giulietta” l’ha incoraggiata a fare un’audizione per la Juilliard come attrice di teatro. Divenne un membro della “Crew 32” con l’aiuto di una borsa di studio di uno dei famosi ex allievi della scuola, Robin Williams.
Nel suo ultimo anno alla Juilliard, le fu offerto un accordo di partecipazione con lo scrittore/produttore televisivo John Wells e alla fine lavorò in tre dei suoi show televisivi. Jessica continua a fare teatro, avendo recitato in “The Cherry Orchard”, “Rodney’s Wife”, “Salome” e “Othello”. Passa il suo tempo tra New York e Los Angeles, lavorando in teatro, cinema e TV.
Nel 2011, ha avuto un anno prolifico nel cinema. È stata nominata e ha vinto numerosi premi, tra cui una nomination all’Oscar 2012 per la migliore interpretazione di un’attrice in un ruolo secondario per The Help (2011).