Iniziò la carriera di attrice teatrale, seguendo le orme della madre, a 17 anni aLondra, negli anni dellaswinging London.[1] In seguito esordì come cantante in unmusical, esortata dal compositore ingleseJohn Barry (l'autore delle musiche dei film di James Bond), che poi sposò all'età di 19 anni.[2] Da questo matrimonio ebbe la sua prima figlia, la fotografaKate Barry, nata nel 1967 e deceduta nel 2013.[3][4]
Alla fine del 1968 i due incisero a Londra il primo album frutto della loro collaborazione, intitolatoJane Birkin - Serge Gainsbourg. Le canzoni contenute erano reinterpretazioni di precedenti composizioni di Gainsbourg (come ad esempioLes sucettes) o canzoni che egli stesso aveva composto sul traghetto che portava lui e la compagna inInghilterra poco prima della registrazione dell'album.[9] La pubblicazione del disco venne anticipata l'anno successivo dal celebre singoloJe t'aime... moi non plus, inizialmente pensato da Gainsbourg per Brigitte Bardot,[10] suscitando scandalo[2] per i gemiti della Birkin e per il testo esplicito che alterna parole d'amore e descrizione di unrapporto sessuale. In Italia il 15 agosto 1969 la canzone venne esclusa dal programma radiofonicoHit Parade perché ritenuta oscena. Il 22L'Osservatore Romano ne pubblicò il testo tradotto in italiano per giustificare la scelta della RAI. Il 28, su ordine della Procura della Repubblica di Milano, il disco fu sequestrato su tutto il territorio nazionale. Nonostante le polemiche e i divieti, il brano diventò un successo in molti paesi, vendendo più di cinque milioni di copie e regalando notorietà alla coppia.[11]
I due andarono a vivere aParigi insieme alla figlia di Jane, nel celebre appartamento al 5 bis di rue de Verneuil, nel7º arrondissement, che divenne un punto d'incontro di artisti, intellettuali ebohémien dell'epoca e che verrà in seguito trasformato in un museo dedicato allochansonnier, laMaison Gainsbourg.[12][13] Nel 1971 nacque a Londra la loro unica figlia, l'attriceCharlotte Gainsbourg.
Dopo aver partecipato all'incisione dell'album di GainsbourgHistoire de Melody Nelson (1971), durante glianni settanta Birkin continuò l'attività di cantante incidendo alcuni album scritti prevalentemente dal marito,[2] che la fecero diventare una delle più apprezzate interpreti d'oltralpe. Parallelamente proseguì la sua carriera di attrice, alternando produzioni francesi (La piscina,Il romanzo di un ladro di cavalli,Una donna come me) e internazionali (Assassinio sul Nilo). Fu diretta dal marito nel controversoJe t'aime moi non plus (1976), in cui recitò nuda per buona parte del film.
Nel corso degli anni l'alcolismo e le sregolatezze di Gainsbourg divennero sempre più difficili da sostenere per la compagna, che, ormai trentenne, iniziò a desiderare uno stile di vita più tranquillo e lontano dagli eccessi,[6][14] per cui alla fine del decennio la coppia entrò in crisi.
Dopo la loro separazione nel 1980, pur continuando la collaborazione con Gainsbourg in ambito musicale[2], Birkin si legò al regista franceseJacques Doillon, con cui iniziò una nuova fase della sua carriera, abbandonando l'immagine sexy e trasgressiva che l'aveva caratterizzata negli anni precedenti per far emergere una personalità più matura, versatile e complessa[14]. Dalla loro relazione nacque nel 1982 una terza figlia,Lou Doillon, diventata poi una modella, cantante e attrice.
Nel corso degli anni ottanta, oltre che nei film diretti da Doillon, recitò fra gli altri anche perJean-Luc Godard,Patrice Leconte,Paul Morrissey eAgnès Varda, con cui stabilì un importante sodalizio professionale e che nel 1988 le dedicò il filmJane B. par Agnès V., in cui recita accanto alla figlia Charlotte.
Fu candidata due volte aipremi César, il principale riconoscimento cinematografico francese, nel 1984 perLa Pirate di Jacques Doillon e nel 1986 perLa donna della mia vita diRégis Wargnier[15]. AllaMostra del Cinema di Venezia nel 1985 la giuria riconobbe la sua interpretazione inPolvere diMarion Hänsel come la migliore del festival (ex aequo con quella di Sandrine Bonnaire), ma decise che per quell'anno il premio per la migliore interpretazione femminile non sarebbe stato assegnato[16][17].
Parallelamente proseguì la sua carriera musicale, pubblicando gli albumBaby Alone in Babylone (1983, Disco d'oro in Francia) eLost Song (1987), sempre scritti da Gainsbourg[18]). Nel febbraio 1987, la quarantenne Birkin esordì anche dal vivo, debuttando alteatro Bataclan di Parigi[19], iniziando un'attività di recital a cui si dedicherà regolarmente negli anni successivi.
Nel 1984 la casa franceseHermès creò per l'attrice una borsa, laBirkin Bag, che negli anni è diventata una delle cosiddetteIt Bags, le borse più iconiche del mondo.
Dopo la separazione da Doillon, Birkin iniziò a diradare l'attività cinematografica, privilegiando quella musicale e teatrale. Nel 1990 uscìAmour des feintes, l'ultimo album scritto per lei da Serge Gainsbourg; dopo l'improvvisa morte per arresto cardiaco dell'ex compagno nel 1991, Birkin gli rese omaggio conVersions Jane (1996), una raccolta di canzoni di Gainsbourg riarrangiate con vari musicisti ospiti, tra i qualiGoran Bregović eLes Négresses Vertes[20], continuando successivamente ad onorare la memoria del suo pigmalione in eventi e recital teatrali. Nel 1998À la légère fu il primo album di Jane Birkin a non contenere alcun brano di Gainsbourg; al disco parteciparono artisti comeFrançoise Hardy,Étienne Daho eAlain Souchon.
Nello stesso periodo proseguì la sua attività di attrice nel cinema e in televisione e si dedicò lei stessa alla regia, dirigendo nel 2007 il film autobiograficoBoxes. In seguito a una malattia cronica, si ritirò dalle scene[14], chiudendo la sua carriera cinematografica conQuai d'Orsay (2013) diBertrand Tavernier.
Nel 2013 sua figliaKate Barry si uccise a Parigi in seguito a un periodo di depressione[3][4], lasciando l'attrice devastata[32] al punto da interrompere la sua carriera per un lungo periodo.
Dopo l'uscita nel 2020 diOh! Pardon tu dormais..., una raccolta di brani tratti da un suo spettacolo teatrale, realizzata in collaborazione conÉtienne Daho[6], continuò regolarmente a tenere concerti dal vivo.
Nel 2021 fu colpita da un leggero ictus, che superò rapidamente[34]; nello stesso anno la figlia Charlotte le ha dedicato il semi-documentarioJane by Charlotte[35][36].
Nel 2022 laUniversal Music ha annunciato la ristampa integrale di tutta la discografia in studio dell'artista, dal 1969 ad oggi[37].
Jane Birkin è stata trovata morta nella sua casa diParigi, il 16 luglio 2023, all'età di 76 anni.[38] La sua salma è sepolta nelcimitero di Montparnasse.