Jane Birkin fué la segunda hija del Major David Birkin y de la actriz y cantante Judy Campbell.

En la primera mitad de los sesenta se introduce de lleno en el ambiente pop del "Swinging London" y debuta como actriz a los 17 años. En esa época conoce al compositor John Barry, quien le anima a debutar como cantante y con el que acaba casándose a los 19 años.

En la película "Blow Up" de Michelangelo Antonioni protagoniza su primera escena polémica (aparece desnuda), lo que provoca un gran escándalo en su ciudad natal.

Tras el fracaso matrimonial y el nacimiento de su hija Kate en 1967, Jane desembarca en Francia. Allí conoce a Serge Gainsbourg, con quien forma una de las parejas de moda en la escena parisina, donde se hacen célebres en 1969 con "Je t'aime... moi non plus", canción sensual y provocadora que convierte en un éxito mundial los suspiros de Jane haciendo el amor con su compañero.

Una voz frágil, tenue, siempre a punto de romperse permaneció como su marca distintiva y fue utilizada con inteligencia por Gainsbourg, que adaptó sus canciones al timbre de voz de Jane. Compuso para ella y la moldeó según sus deseos. Permanecieron juntos durante 12 años, convirtiéndose en una pareja popular para el público y los medios.

A principios de los años 1980, su vida personal y profesional sufrió un duro revés debido a la separación de Serge Gainsbourg y las ganas de deshacerse de la imagen de chica inglesa divertida.

Serge Gainsbourg continuó componiendo para ella, pero sus canciones se volvieron solemnes, complejas y sutiles. Su disco "Baby alone in Babylone" fue un gran éxito en 1983. En 1987, dio su primer concierto en Le Bataclan. Hizo una actuación en el Casino de París en 1991 dos meses después de la muerte de Gainsbourg y le dedicó el concierto. También le rindió homenaje en Londres en septiembre de 1994 para darle reconocimiento en su tierra natal.

En 1998, publicó su primer disco sin Serge Gainsbourg, "A la légère", con canciones escritas por 12 compositores contemporáneos franceses.

En 1999, Jane Birkin conoció al músico Djamel Benyelles que orientalizó algunos de los temas de Gainsbourg como "Elisa", "Couleur Café" o "Comment te dire adieu". Entre sus últimos discos destacan "Arabesque" (2002), "Rendez-vous" (2004) y "Fictions" (2006).