Chastain küçük yaşlardan itibaren oyunculuğa ilgi duydu ve profesyonel sahneye ilk çıkışını 1998 yılındaShakespeare'inJuliet'i rolüyle yaptı.Juilliard Schoolda oyunculuk eğitimi aldıktan sonra, televizyon yapımcısıJohn Wells ile bir yetenek holding anlaşması imzaladı.Law & Order: Trial by Jury de dahil olmak üzere birçok televizyon dizisinde konuk oyuncu olarak yer aldı. Ayrıca 2004 yılındaAnton Çehov'unVişne Bahçesi ve 2006 yılındaOscar Wilde'ınSalome trajedisinin tiyatro yapımlarında da çeşitli roller üstlendi.
Jolene (2008) adlı dram filmiyle 31 yaşında ilk kez sinemaya adım atan Chastain, 2011 yılında aralarındaSığınak (2011) veHayat Ağacı (2011) adlı dram filmlerinin de bulunduğu altı filmle büyük bir çıkış yakaladı. Dönem dramasıDuyguların Rengi'nde (2011) hevesli bir sosyeteyi ve gerilim filmiZero Dark Thirty'de (2012) bir CIA analistini canlandırarak Akademi Ödülü adaylıkları aldı. En büyük ticari başarılarınıYıldızlararası (2014) veMarslı (2015) adlı bilimkurgu filmleriyle veO: Bölüm 2 (2019) adlı korku filmiyle elde etti.En Şiddetli Sene (2014),Miss Sloane (2016) veMolly's Game (2017) dizilerindeki rolleriyle veScenes from a Marriage (2021) adlı televizyon mini dizisiyle eleştirmenlerin beğenisini kazanmaya devam etti. Chastain, yapımcılığını da üstlendiği biyografik filmThe Eyes of Tammy Faye'de (2021) canlandırdığıTammy Faye karakteriyleEn İyi Kadın Oyuncu Akademi Ödülü'nü kazandı.
Chastain, filmde çeşitliliği teşvik etmek amacıyla kurulanFreckle Films adlı yapım şirketinin kurucusu veAngel City FC adlı futbol kulübünün yatırımcısıdır. Ruh sağlığı sorunlarının yanı sıra toplumsal cinsiyet ve ırk eşitliği konularında da söz sahibidir. Moda yöneticisi Gian Luca Passi de Preposulo ile evlidir ve bu evlilikten iki çocuğu vardır.