Jean Dorothy Seberg wurde am 13. November 1938 in Marshalltown im US-Bundesstaat Iowa geboren. Sie interessierte sich schon früh für die Schauspielerei und studierte darstellende Kunst an der Universität von Iowa. Ihre Karriere begann 1957, als der Filmregisseur Otto Preminger sie aus 18.000 Bewerberinnen für die Rolle der Jeanne d’Arc auswählte. Sebergs Darstellung machte großen Eindruck, ebenso wie ihre Verkörperung der Cécile in der Verfilmung des Bestsellerromans „Bonjour Tristesse“. Der Film gilt als Vorläufer der französischen Nouvelle Vague.
Seberg, die sich in Hollywood künstlerisch eingeschränkt sah, verlegte ihren Lebensmittelpunkt nach Europa, wo sie mit berühmten Regisseuren wie Jean-Luc Godard und Claude Chabrol arbeitete. Ihre Auszeichnungen umfassen Nominierungen für den Golden Globe Award und den British Film Academy Award für „Außer Atem“, wo sie an der Seite von Jean-Paul Belmondo spielte. 1976 spielte sie unter der Regie von Hans W. Geissendörfer ihre letzte Rolle in der Verfilmung von Henrik Ibsens Theaterstücks „Die Wildente“. Seberg war dreimal verheiratet.
1962 gebar sie einen Sohn, ihr zweites Kind verlor sie 1970 durch eine Frühgeburt – ein Verlust, den sie nie verkraften sollte. In den Folgejahren soll sie mehrfach versucht haben, sich am Todestag des Kindes umzubringen. Sebergs letzte Lebensjahre waren von Drogenexzessen und zahlreichen Krankenhausaufenthalten geprägt. Am 29. August 1979 wurde die Schauspielerin das letzte Mal lebend gesehen. Zehn Tage später wurde ihr unbekleideter Körper in ihrem Pkw gefunden. Die genaueren Umstände ihres Todes sind rätselhaft und Anlass für verschiedene Gerüchte und Spekulationen, in denen auch der amerikanische Geheimdienst eine Rolle spielt. Jean Seberg wurde auf dem Cimetière Montparnasse in Paris bestattet.