12 Aralık 1970'de New York'da doğan jennifer Connelly, modelliğe henüz 10 yaşındayken başladı. Güzelliğiyle çabucak farkedildi ve kısa zamanda aranan modeller arasına girerek sık sık yurt dışı seyahatlerine çıkmaya başladı. Oyunculuk çalışmalarının başlaması da bu sayede oldu. İlk olarak bir İngiliz korku episodunda kamera karşısına geçen Connelly, bunun ardından içlerinde Duran Duran grubunun “ Union of the Snake ” klibinin de bulunduğu bazı video-kliplerle kamera karşısına geçti. Sinemaya 1984 yapımlı, Sergio Leone’nin yönetmenliğini yaptığı "Bir Zamanlar Amerika (Once Upon A Time in America)" adlı filmle adım attı. Bir yıl sonra, Dario Argento'nun yönetmenliğini yaptığı, seri cinayetleri çözmek amacıyla bir böcekbilimciyle işbirliği yapan bir öğrenciyi canlandırdığı, korku ve gerilim dolu film olan "Phenomena"da rol aldı. Bu rol, aktristin başrolleri başarıyla canlandırabileceğinin ispatı oldu.

1986’da Jim Henson’un “ Labyrinth ”inde Sarah rolüyle kamera karşısına geçmesinin ardından 1988 yılında "Etoilé" ve "Some Girls" isimli iki filmde yer aldı. Bu arada klasik tiyatro ve doğaçlama alanında ünlü isimlerden olan Roy London, Howard Fine ve Harold Guskin'den dersler aldı. Bir kaç küçük filmden sonra fantastik filmlerin ünlü yönetmeni Jim Henson’un imzasını attığı, George Lucas’ın yapımcılığını üstlendiği "Labyrinth" filminde David Bowie ile birlikte rol aldı.

The Rocketeer’in gişelerde başarısız olmasıyla uzun süre sessiz kalan oyuncu, sessizliğini lezbiyen bir öğrenciyi canlandırdığı John Singleton’un “Higher Learning” adlı filmiyle bozdu. Bu filmdeki rol arkadaşı Bill Campbell ile 5 yıl süren bir birliktelik yaşayan oyuncunun, fotoğrafçı David Dugan’dan bir oğlu bulunuyor. Lee Tamahori’nin "Mullholland Falls" ve Alex Proyas’ın "Dark City" filmleri gibi sinemaseverlerin beğenisini kazanan bazı filmlerde ufak tefek rollerle izleyici karşısına çıktıktan sonra, 2000 yılında, Darren Aronofsky’nin yönettiği “"A Requiem for a Dream"deki Marion Silver rolüyle "Independent Spirit" ödülüne aday gösterildi. Aynı yıl Keith Gordon’un "Waking the Dead" isimli filminde Billy Crudup ile kamera karşısına geçti. Connelly’nin 2000 yılında rol aldığı bir diğer film Ed Harris’in ilk yönetmenlik denemesi olan "Pollock" oldu. Amerikalı ressam Jackson Pollock’ı konu eden filmde, Pollack’ın sevgilisi rolünü oynadı sanatçı.

2001 yılında ise, Ron Howard’ın yönettiği "A Beautiful Mind" filminde, "Gladyatör"deki rolüyle 2001 "En İyi Erkek Oyuncu" Oscarını alan Russell Crowe’la birlikte başrolde yer aldı. Josh F. Nash'ın yaşam öyküsünden esinlenen; paranoid şizofreninin gelişim sürecini ve evrelerini göstererek hastalığın görsel bir ifadesini sunmayı amaçlayan filmde, John Nash’in eşi Alicia Nash’i canlandıran aktris, bu rolüyle 59. Altın Küre Ödüllerinde “ En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu ” ödülünü ve 2002 yılının "En İyi Yardımcı Kadın Oyucu" Oscarını aldı. Sanatçı, 1 Ocak 2003'te Paul Bettany ile evlendi.