Jessica Michelle Chastain nasceu em Sacramento, Califórnia, e foi criada numa família de classe média num subúrbio do norte da Califórnia. A sua mãe, Jerri Chastain, é uma chef vegana cuja família é originária do Kansas, e o seu padrasto é um bombeiro. Ela descobriu a dança aos nove anos de idade e estava numa trupe de dança aos treze anos de idade. Começou a actuar em produções shakespearianas em toda a área da Baía.
Um actor numa produção de “Romeo & Juliet” encorajou-a a fazer uma audição para a Juilliard como major de teatro. Tornou-se membro da “Crew 32” com a ajuda de uma bolsa de estudo de um dos famosos ex-alunos da escola, Robin Williams.
No seu último ano na Juilliard, foi-lhe oferecido um contrato de espera com o escritor/produtor de televisão John Wells e acabou por trabalhar em três dos seus programas de televisão. Jessica continua a fazer teatro, tendo tocado em “The Cherry Orchard”, “Rodney’s Wife”, “Salome” e “Othello”. Passa o seu tempo entre Nova Iorque e Los Angeles, trabalhando em teatro, cinema e TV.
Em 2011, teve um ano prolífico no cinema. Foi nomeada e ganhou uma série de prémios, incluindo uma nomeação ao Oscar de 2012 para Melhor Actuação por uma Actriz em Função de Apoio a The Help (2011).