Su verdadero nombre era Jane O'Brien, y nació en Hollywood, California, siendo su padre un abogado de Los Ángeles.

para ser una de las actrices protagonistas del estudio, su carrera duró únicamente cuatro años, ya que decidió retirarse en 1940 tras casarse.

Aun así, hizo destacados papeles en películas de renombre como Marked Woman (1937, con Humphrey Bogart y Bette Davis, a la que la unía una gran amistad), Kid Galahad (1937, con Edward G. Robinson, Bette Davis y Humphrey Bogart), A Slight Case of Murder (1938, con Edward G. Robinson), Each Dawn I Die (1939, con James Cagney y George Raft), y Invisible Stripes (1939, con George Raft, William Holden y Humphrey Bogart).

La pareja continuó unida hasta la muerte de Dart, ocurrida en 1984.

Jane Bryan falleció en 2009 en su domicilio en Pebble Beach, California, a causa de una larga enfermedad.