Jennifer Jynn Connelly,12 Aralık 1970'te Catskill Mountains, New York'ta dünyaya geldi. BabasıGerard Connelly, İrlanda ve Norveç asıllı bir Katolik'ti ve giyim sektöründe çalışıyordu; annesi Eileen Connelly ise Rusya ve Polonya'dan göç etmiş Yahudi bir aileden geliyordu ve antika satıcısıydı. Çocukluğunun büyük bir bölümünü Brooklyn'de geçiren ve St.Ann's School'da öğrenim gören Connelly'nin kariyeri henüz 10 yaşındayken modellik yaparak başladı. Connelly, babasının reklamcı bir arkadaşının tavsiyesiyle bir mankenlik ajansıyla anlaşma yaptı. Gazetelerde ve dergilerde resimleri çıkmaya başlayan, güzelliğiyle çabucak fark edilen ve kısa zamanda aranan modeller arasına girerek sık sık yurt dışı seyahatlerine çıkmaya başlayan ünlü aktris, aynı zamanda televizyondaki reklam filmlerinde de rol aldı.

California'daki Stanford Üniversitesi'ni bitirdikten sonra Yale Üniversitesi'ndeoyunculuk ve İngilizce eğitimi alan Jennifer Connelly, ilk olarak bir İngiliz korku episodunda kamera karşısına geçti. Daha sonra Duran Duran grubunun Union of the Snake adlı şarkısının videosu da dahil birçok video-klipte rol almasının ardından, ünlü aktrisin çıkış filmi olarak gösterilen 1984 yapımı, Sergio Leone'nin yönetmenliğini yaptığı gangster filmi Once Upon A Time In America'da oynadı. Connelly bir yıl sonra Seven Minutes In Heaven ve İtalyan korku filmleri yönetmeni Dario Argento'nun Phenomena adlı filmindeki performansıyla başrollerdeki başarısını ispatlamış oldu.

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 ve George Lucas'ın yapımcılığını üstlendiği 1986 yapımı Labyrinth filminde David Bowieile birlikte rol aldı.

1988 yılında Etoile ve Some Girls isimli iki filmde yer alan Connelly, 1990'lı yılların başında The Hot Spot ve The Rocketeer filmlerinin gişelerde başarısız olmasıyla uzun süre sessiz kaldı ve bu sessizliğini lezbiyen bir öğrenciyi canlandırdığı John Singleton'un Higher Learning adlı filmiyle bozdu. 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 ödülüneaday gösterildi. Aynı yıl Keith Gordon'un Waking the Dead isimli filminde Billy Crudup ile kamera karşısına geçen Connelly'nin 2000 yılında rol aldığı bir diğer film Ed Harris'in ilk yönetmenlik denemesi olan Pollock oldu. Jennifer Connelly, Amerikalı ressam Jackson Pollock'ı konu eden filmde, Pollack'ın sevgilisi rolünü oynamıştı.

Jennifer Connelly, 2001 yılında, Ron Howard'ın yönettiği A Beautiful Mindfilminde, Gladyatör'deki rolüyle 2001 En İyi Erkek Oyuncu dalında Oscar sahibi olan Russell Crowe'la birlikte başrolde yer aldı. Josh F. Nash'in 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 ÖdüllerindeEn İyi Yardımcı Kadın Oyuncu ödülünün ve 2002 yılında En İyi Yardımcı Kadın Oyucu dalında Oscar'ın sahibi oldu. Bu performans Connelly'e Altın Küre ve Oscar'ın yanında aynı dalda BAFTA, American Film Institute, Broadcast Film Critics Association, Golden Satellite, Online Film Critics Society ve Southeastern Film Critics ödüllerini de getirdi.

2003 yılında biri Ang Lee'nin yönetmenliğini üstlendiği The Hulk, diğeri ise büyük beğeni toplayan drama House of Sand and Fog olmak üzere iki başarılı yapımda rol alan Jennifer Connelly, 2005 yılında küçük kızıyla beraber yaşayan bir anneyi canlandırdığı korku filmi Dark Water'da başrol oynadı.

2002 yılında People Dergisi'nin dünyanın en güzel elli insanı listesine seçilen,kuantum fiziği ve felsefeye ilgi duyan, akıcı şekilde Fransızca ve İtalyanca konuşabilen ve Japonya'da Japonca bir albümü çıkan Jennifer Connelly,2003'ten bu yana, A Beautiful Mind adlı filmin setinde tanıştığı İngiliz aktör Paul Bettany ile evli. Çiftin 5 Ağustos 2003 doğumlu Stellan adında bir oğulları var. Connelly'nin ayrıca fotoğrafçı David Dugan'la olan beraberliğinden 1997 doğumlu Kai adında bir oğlu daha var.