Hija del filósofo Etienne Balibar y de la física Françoise Balibar, Jeanne Balibar, entre las idas y venidas al cine y a la ópera con sus padres, desarrolla a una edad temprana el gusto por las diferentes formas de expresión artística, por la literatura y por la práctica intensiva de la danza. Tras un periodo de estudios brillante (cursos preparatorios, Gran Escuela), se orienta hacia la comedia y llama a la puerta del Cours Florent y, posteriormente, del Conservatorio. En Avignon atrae la atención su trabajo en el "Don Juan" que monta Lassalle en 1993 y, ese mismo año, pasa a formar parte de la Comédie-Française, que abandona finalmente en 1997.

Tras una primera aparición en el cine (no figura en los títulos de crédito) en "El Centinela" ("La Sentinelle", 1992), Jeanne Balibar interpreta su primer papel de importancia, el de una enamorada lunática, en la siguiente película de Arnaud Desplechin titulada "Cómo me peleé..." ("Comment je me suis disputé..., 1996). Consigue el reconocimiento del gran público en 1997 al encarnar a una médico que se debate entre dos pacientes, uno hipocondríaco y otro seropositivo, en "Me horroriza el amor" ("J'ai horreur de l'amour") de Laurence Ferreira Barbosa. Musa del cine de autor, en 1998 aparece en "Finales de agosto, principios de septiembre" ("Fin août, début septembre") de Assayas (con el que se reencuentra en 2003 para "Clean") y en 1999, en "Tres puentes sobre el río" ("Trois Ponts sur la rivière"). En estas dos películas da la réplica a Mathieu Amalric, actor y realizador con el que comparte su vida. Asimismo, él la dirige en "Cómete la sopa" ("Mange ta soupe") y en El estadio de Wimbledon ("Le Stade de Wimbledon").

El misterio que desprende esta exigente actriz de voz excepcional no excluye, sin embargo, la comedia ni el humor, tal y como puede apreciarse en "Solo me ve Dios" ("Dieu seul me voit", 1998) de Podalydès y "Mañana todo irá mejor..." (¨"Ça ira mieux demain...", 2000) de Jeanne Labrune. Jeanne Balibar, que aparece en la obra de Jacquot y Chistophe Honoré, pero también en la de Guillaume Nicloux e, incluso, en la de Winterbottom, ha evolucionado con gracia en el cine cerebral y lúdico de Ruiz ("La comedia de la inocencia", "La Comédie de l'innocence", 2000) y, sobre todo, de Rivette. El maestro de la Nouvelle Vague ofrece a esta apasionada profesional el papel de una actriz de teatro en "Ya veremos qué sucede" ("Va savoir", 2001) y el de la duquesa de Langeais en la obra de Balzac "¡No toque la cadera!" ("Ne touchez pas la hanche", 2007). Amante extravagante de Sagan en la película biográfica de Diane Kurys, juega con su imagen de intelectual en "El baile de las actrices" ("Le Bal des actrices", 2009).