Fille du philosophe Etienne Balibar et de la physicienne Françoise Balibar, Jeanne Balibar développe três tôt un goût pour les différentes formes d'expression artistique, entre les sorties au cinéma et à l'opéra avec ses parents, sa découverte de la littérature et sa pratique intensive de la danse. Après de brillantes études (hypokhâgne, khâgne, Normale Sup), elle s'oriente vers la comédie, poussant la porte du Cours Florent puis celle du Conservatoire. Remarquée à Avignon dans le Don Juan monté par Lassalle en 1993, elle rejoint cette même année la Comédie-Française, qu'elle quittera en 1997.
Après une première apparition au cinéma (non créditée) dans La Sentinelle en 1992, Jeanne Balibar trouve son premier rôle important, celui d'une amoureuse fantasque, dans le film suivant d'Arnaud Desplechin, Comment je me suis disputé... en 1996. Elle accède à la notoriété en 1997, campant un médecin tiraillé entre un patient hypocondriaque et un jeune séropositif dans J'ai horreur de l'amour de Laurence Ferreira Barbosa. Egérie du cinéma d'auteur, elle déambule en 1998 dans Fin août, début septembre d' Assayas (qu'elle retrouvera plus tard pour Clean) et en 1999 dans Trois Ponts sur la rivière, deux films qui la voient donner la réplique à Mathieu Amalric, acteur-réalisateur qui partage alors sa vie, et la dirige dans Mange ta soupe et Le Stade de Wimbledon.
Le mystère qui se dégage de cette actrice exigeante, à la voix singulière, n'exclut cependant pas la légèreté ni l'humour, comme en témoignent ses prestations dans Dieu seul me voit (1998) de Podalydès et Ca ira mieux demain... de Jeanne Labrune (2000). Vue chez Jacquot et Christophe Honoré, mais aussi Guillaume Nicloux, et même Winterbottom, Jeanne Balibar évolue avec grâce dans le cinéma cérébral et ludique de Ruiz (La Comédie de l'innocence, 2000) et surtout Rivette : le maître de la Nouvelle Vague offre à celle qui continue de brûler les planches le rôle de Camille, comédienne de théâtre, dans Va savoir, chassé-croisé amoureux sorti en 2001. Cinq ans plus tard, il la choisit pour incarner la Duchesse de Langeais, dans une adaptation de l'oeuvre de Balzac.
