Després de començar a treballar com a realitzador d’anuncis publicitaris, conegué el dibuixant i dissenyador Marc Caro. Tots dos signaren els curtmetratges d’animacióL’évasion (1978) iLe manège (1980), aquest últim guanyador d’un premi César al millor curt. Els seguiren una sèrie de guardonats curts −el més reeixit dels quals fouFoutaises (1989)−, fins que debutaren en el llargmetratge ambDelicatessen (1990), una imaginativa comèdia que posà les bases d’un univers caracteritzat pel to fantasiós, el barroquisme visual i l’humor negre. A continuació dirigiren conjuntamentLa cité des enfants perdus (1995) i, ja en solitari −tot i que portant Caro com a col·laborador−, Jeunet marxà a Hollywood per dirigirAlien: Resurrection (1997). El seu retorn a França significà un gran èxit internacional amb la faulaLe fabuloux destin d’Amélie Poulain (2001). Darrerament ha dirigitUn long dimanche de fiançailles (2004), adaptació d’una novel·la de Sébastien Japrisot ambientada a la Primera Guerra Mundial.