Birkin az 1960-as évek "swingin' London" korszakában tűnt fel, első filmszerepét a A csábítás trükkje című Richard Lester rendezte vígjátékban játszotta. Első komoly alakítását Antonioni 1966-os klasszikuskában, a Nagyításban nyújtotta, onnantól kezdve sokáig az ügyeletes intellektuális szépség volt.
Jane Birkin 1966-ban - Fotó: Stephan C Archetti/Hulton Archívum/Getty Images
Birkin az 1960-as évek végétől Párizsban élt, férje és filmpartnere, Serge Gainsbourg, a kor nagy férfisztárja volt. Kettejük közös dala, a fülledt erotikája miatt sok országban betiltott Je t'aime… moi non plus a popzene egyik klasszikusaként vált ismertté.
Jane Birkin és Serge Gainsbourg 1969-ben - Fotó: Reg Lancaster/Hulton Archívum/Getty Images
1980-as válásukat követően Birkin feleségül ment Jacques Doillion francia filmrendezőhöz. A színésznő férje Tékozló lány című filmjének köszönheti, hogy megváltozott róla a kialakult sztereotípia, azóta az európai művészfilm hol jobban, hol rosszabbul foglalkoztatott alkotója. A Szép bajkeverő és A medence című filmek sztárja decemberben ünnepli 70. születésnapját, de az utóbbi években már csak tévés munkái, rövidfilmjei készültek.