Była córką restauratora z paryskiegoMontmartre’u. Studiowała w konserwatorium w Paryżu. Karierę rozpoczęła w wieku 20 lat od gry na deskachComédie-Française i Teatru Jeana Vilara. Występowała przeważnie w repertuarze klasycznym. W filmie debiutowała w 1949.
Przełom w jej karierze filmowej nastąpił w 1958, gdy zagrała w dwóch głośnych, nagradzanych i szeroko wówczas dyskutowanych filmachLouisa Malle’a:Windą na szafot iKochankowie. Dzięki nim została gwiazdą pierwszej wielkości i symbolem seksu.
Współpracę z Malle’em kontynuowała w dalszych filmach:Błędny ognik (1963) orazViva Maria! (1965). W tym ostatnim stworzyła duet zBrigitte Bardot, co zaowocowało wielkim sukcesem komercyjnym tego filmu.
Zajmowała się reżyserią teatralną i filmową (Światło,L’adolescente), a także produkcją filmów. Przewodniczyła obradom jury konkursu głównego na28. (1975) oraz na48. MFF w Cannes (1995).
Jeanne Moreau była trzykrotnie zamężna. Jej pierwszym mężem był aktor francuski Jean-Louis Richard (1949–1951), drugim aktor grecki Thodoros Roubanis (1966–1967), trzecim zaś – znany reżyser amerykańskiWilliam Friedkin (1977–1979). Jej jedyne dziecko – syn Jérôme z pierwszego małżeństwa – jest malarzem.
