Jack es hijo de los actores Val Kilmer y Joanne Whalley.

[1]​ Creció en Los Ángeles, realizado sus estudios en el Center for Early Education, donde conoció a la futura directora de cine Gia Coppola en sexto grado.

[2]​ Ambos siguieron en contacto y doce años después, Coppola le pidió a Kilmer que revisara su guion para la película Palo Alto, una adaptación del libro del mismo nombre escrito por James Franco.

[1]​[2]​ Finalmente, Kilmer terminó protagonizando la película, que tuvo a Coppola como directora.

[3]​[5]​ En abril de 2014 apareció en la película independiente Len and Company con Juno Temple y Rhys Ifans.