Jessica Michelle Chastain werd geboren in Sacramento, Californië, en groeide op in een middenklasse gezin in een buitenwijk van Noord-Californië. Haar moeder, Jerri Chastain, is een veganistische kok wiens familie oorspronkelijk uit Kansas komt, en haar stiefvader is een brandweerman. Op haar negende ontdekte ze dansen en op haar dertiende zat ze in een dansgezelschap. Ze begon op te treden in Shakespeare-producties in de hele Bay Area.
Een acteur in een productie van “Romeo & Juliet” moedigde haar aan om auditie te doen voor Juilliard als hoofdvak drama. Ze werd lid van “Crew 32” met de hulp van een beurs van een van de beroemde alumni van de school, Robin Williams.
In haar laatste jaar op Juilliard kreeg ze een holding deal aangeboden met TV schrijver/producer John Wells en werkte ze uiteindelijk in drie van zijn TV shows. Jessica doet nog steeds aan theater. Ze speelde in “The Cherry Orchard”, “Rodney’s Wife”, “Salome” en “Othello”. Ze werkt afwisselend in New York en Los Angeles, in theater, film en TV.
In 2011 had ze een vruchtbaar filmjaar. Ze werd genomineerd voor en won een aantal prijzen, waaronder een Oscarnominatie voor Beste Actrice in een Bijrol in 2012 voor The Help (2011).