[4]​ Ella comparte un estrecho vínculo con su abuela materna, Marilyn, a quien considera como alguien que "siempre creyó en mí.

[7]​ Regularmente montaba shows amateurs con otros niños y se consideraba su directora artística.

[8]​ Como estudiante en El Camino Fundamental High School en Sacramento, Chastain tuvo problemas académicos.

[12]​ Con demasiadas ausencias durante su último año en la escuela, Chastain no calificó para la graduación, pero más tarde obtuvo un diploma.

[13]​ Hablando de su primera infancia, Chastain ha dicho: Me crie con una madre soltera que trabajó mucho para poner comida en nuestra mesa.

[15]​[16]​ La producción la llevó a una audición para la Juilliard School en la ciudad de Nueva York, donde pronto fue aceptada y se le otorgó una beca financiada por el actor Robin Williams.

[8]​[16]​ Más tarde comentó que su participación en una producción exitosa de La gaviota durante su segundo año, le ayudó a construir su confianza.

Después apareció en series de televisión como ER, Veronica Mars, Close to Home, Law & Order: Trial By Jury y en la británica Agatha Christie’s Poirot.

En 2011, Chastain rodó varias películas, entre ellas The Tree of life y Texas Killing Fields.

El mismo día fue nominada al Independent Spirit Award por su actuación en Take Shelter.

Chastain se llevó aún más premios, incluyendo el National Society of Film Critics Award y el Los Angeles Film Critics Association Award, ambos a la mejor actriz de reparto.

Chastain realizó su primer trabajo como actriz de doblaje en la película animada Madagascar 3: Europe's Most Wanted.

Chastain dio voz a Gia la jaguar; para esto empleó un acento italiano para su personaje.

La fragancia salió al mercado en agosto de 2012, para la cual Chastain dijo: “Yves Saint Laurent es una marca que me inspira profundamente.

Chastain interpretó el papel principal en la película The Disappearance of Eleanor Rigby junto a James McAvoy.

Se unieron en una sola película titulada The Disappearance of Eleanor Rigby: Them.

En 2012, Chastain hizo su gran debut en Broadway en la obra The Heiress, en donde interpreta el papel de Catherine Sloper.

En 2015 recibió el premio MVP en los Critics Choice Awards por su actuación en Interestelar y habló sobre la falta de roles e historias para mujeres en la industria.

[17]​[1]​ En 2019, interpretó a Beverly Marsh en la segunda entrega de It del director Andrés Muschietti.

[31]​ Habiendo sufrido por el suicidio de su hermana, Chastain tiene como objetivo crear conciencia sobre la depresión y apoyar a los que la padecen.

[33]​ Chastain ha hecho campaña para que las mujeres tengan acceso a servicios de salud reproductiva asequibles en 2017, la revista Variety la honró por su trabajo con Planned Parenthood.

[37]​ En la década de 2000, Chastain tuvo una larga relación con el director-escritor Ned Benson que terminó en 2010.