Alba começou a estudar atuação ainda jovem e conseguiu um agente aos 12 anos. Seu primeiro papel no cinema foi na comédia de 1994 "Férias em Alto Astral". Nessa época, Alba também ganhou popularidade depois de conseguir um papel recorrente em "O Mundo Secreto de Alex Mack", uma popular comédia para pré-adolescentes sobre uma garota que desenvolve poderes especiais.

Depois, Jessica Alba protagonizou a série de ficção científica "Dark Angel", criada por James Cameron, diretor de "Titanic". Lançada em 2000, a produção acompanhava Max Guevara, uma jovem geneticamente modificada que fugia do governo enquanto buscava outros sobreviventes do experimento. Apesar dos elogios da crítica, a série teve apenas duas temporadas.

Apesar do cancelamento, Alba se tornou um nome requisitado em Hollywood e atuou em filmes como "Honey: No Ritmo dos Seus Sonhos", em 2003, no qual deu vida a uma dançarina e coreógrafa de hip-hop e, apesar de não ter tido críticas muito positvas, o filme fez sucesso entre o público adolescente. Em seguida, ela interpretou um tipo diferente de dançarina em "Sin City", papel que reprisou na sequência "Sin City: A Dama Fatal", em 2014.

Um dos seus trabalhos mais recordados é como Sue Storm no popular filme de herói da Marvel "Quarteto Fantástico", em 2005. Sua personagem era uma dos quatro astronautas que adquirem poderes sobrenaturais após serem expostos a raios cósmicos durante uma viagem ao espaço. Dois anos depois, ela reprisou o papel na sequência "Quarteto Fantástico e o Surfista Prateado".

Sua filmografia ainda conta com títulos como "Mergulho Radical", "Maldita Sorte", "O Olho do Mal", "O Guru do Amor", "Machete", "Pequenos Espiões 4?, ?Escola de Espiões?, ?Ensina-me o Amor?, "The Spoils of Babylon", "Agente 86", "O Véu" e "Assassino a Preço Fixo 2: A Ressurreição", ?Idas e Vindas do Amor? e ?Ligeiramente Grávidos?.

Em 2019, Alba retornou à televisão com a série policial "L.A.'s Finest: Unidas Contra o Crime", um spin-off dos filmes "Bad Boys", na qual contracenou com Gabrielle Union. Na série, que durou duas temporadas, ela deu vida à policial Nancy McKenna.

A atriz também publicou um livro em 2013, que rapidamente entrou para a lista de mais vendidos do "The New York Times". Na obra, intitulada "The Honest Life", Alba compartilha hábitos e estratégias para levar uma vida saudável e sustentável.