Jessica Chastain nació y creció en el Norte de California. Asistió a la Juilliard School donde protagonizó un "Romeo y Julieta". Recibió excelentes críticas por su interpretación en "El jardín de los cerezos" en el Festival de Teatro de Williamstown, junto a Michelle Williams, y en el drama de Richard Nelson "Rodney’s Wife", junto a David Strathairn, en el Playwrights Horizons. También actuó en "Otelo", junto a Philip Seymour Hoffman, dirigida por Peter Sellars en The Public Theater de Nueva York.

En el cine, Chastain ha participado en "Tree of Life" (El árbol de la vida), ganadora de la Palma de Oro de este año en Cannes. La película está escrita y dirigida por Terrence Malick, y sus protagonistas son Brad Pitt y Sean Penn. Pronto podremos verla en "The Debt" (La deuda), con Helen Mirren y Sam Worthington, en "Coriolanus", dirigida e interpretada por Ralph Fiennes, y en "Take Shelter". Hace poco terminó el rodaje de "The Wettest Country" con Tom Hardy y Shia LaBeouf.

Gracias a la obra de fin de estudios en Juilliard, Chastain consiguió un codiciado contrato para trabajar con el productor ejecutivo y guionista John Wells, ganador de los Premios Emmy®, responsable de "E.R." (Urgencias), "The West Wing" (El Ala Oeste de la Casa Blanca) y productor de "White Oleander" (La flor del mal) Después de realizar un episodio piloto para Wells y el director P.J. Hogan, Chastain volvió a los escenarios teatrales con una producción del Los Angeles Wadsworth Theatre de "Salomé", donde los ganadores de los Oscar® Estelle Parsons (director) y Al Pacino eligieron a Chastain para interpretar el papel protagonista de Salomé junto a Pacino. La colaboración prosiguió ya que fue protagonista de la versión para el cine titulada "Salomaybe", dirigida por Al Pacino.

El trabajo de Chastain en "Salomé" fue muy bien acogido por la crítica y le llevó a conseguir el papel protagonista en "Jolene" dirigida por Dan Ireland, y que también protagonizan Rupert Friend, Frances Fisher, Dermot Mulroney y Michael Vartan. Chastain ganó el premio a la Mejor Actriz en el Festival de Cine de Seattle 2008 por este papel.

En la actualidad, Jessica Chastain vive en California.