Jessica Schwarz wurde am 5. Mai 1977 in Michelstadt im Odenwald geboren. 1993 wurde sie zum "Bravo"-Girl gewählt, woraufhin sie als Model arbeitete und Drehreportagen für die "film ab"-Sendung des Musikkanals Viva drehte. Dabei machte sie die Bekanntschaft mit dem Regisseur Benjamin Quabeck, der sie 2001 in der Hauptrolle seines Debüts "Nichts bereuen" besetzte. In diesem Liebesfilm spielte sie an der Seite Daniel Brühls, der dann auch im realen Leben Schwarz" Partner wurde.

In den folgenden Jahren spielte sie in Quabecks "Verschwende deine Jugend" (2003), zwei Filmen Dominik Grafs: "Die Freunde der Freunde" (2002; Grimme-Preis) und "Der rote Kakadu" (2005). Mit der Rolle der "November" in Hendrik Hölzemanns "Kammerflimmern" (2004) gewann sie 2004 den Bayerischen Filmpreis als Beste Darstellerin. Höchstes Lob erhielt Schwarz auch für ihre Titelrolle in Uwe Jansons Wedekind-Verfilmung "Lulu" (2006) als Inbegriff der Verführerin, die selbst höchst liebesbedürftig ist. In Torsten C. Fischers "Der Liebeswunsch" nach dem gleichnamigen Roman von Dieter Wellershoff spielt sie eine Frau, die sich in ihrer Sehnsucht verliert.

2006 ist Schwarz auch in Tom Tykwers Adaption von Patrick Süskinds Bestsellers "Das Parfum – Die Geschichte eines Mörders" zu sehen, unter anderem neben Dustin Hoffmann. Der Kinderfilm "Die Wilden Hühner" erscheint im selben Jahr, zwei Fortsetzungen, beide mit Beteiligung von Schwarz, folgen 2007 und 2009.

2008 verkörpert Schwarz Antonie Buddenbrook in Heinrich Breloers aufwändiger Verfilmung von Thomas Manns Klassiker "Buddenbrooks". Im folgenden Jahr ist sie in Torsten C. Fischers ARD-Biografie "Romy" in der Titelrolle der Schauspiellegende Romy Schneider zu sehen. Die Ehefrau eines depressiven Malers (Mads Mikkelsen) spielt sie im gleichen Jahr im Kino-Thriller "Die Tür" von Anno Saul.

Viel Kritikerlob erhält sie auch für ihre Hauptrolle in Florian Cossens preisgekröntem Familiendrama "Das Lied in mir" (2010): Darin verkörpert sie eine Frau, die durch ein Kinderlied einem Geheimnis über ihre Herkunft auf die Spur kommt. Beeindruckend ist auch ihre Leistung als pragmatische Ärztin in der Dreiecksgeschichte "Der Mann, der über Autos sprang" mit Robert Stadlober und Anna Schudt, der 2011 in die Kinos kommt, gefolgt von dem Kinderfilm "Als der Weihnachtsmann vom Himmel fiel", in dem Schwarz als leicht gestresste Mutter zu sehen ist.