Valerie Jane Morris-Goodall néven született Londonban. Az állatok világa már kisgyermekként elvarázsolta: kétévesen kötött örök barátságot az édesapjától kapott játékcsimpánzzal, Jubileevel, „akit” – kissé kopottasan – mindmáig megőrzött. Négyévesen órákig a tyúkólban üldögélve várta, hogy a tyúkból előbújjon a tojás, tízévesen az állatokkal beszélő Dr. Doolittle-ről és Tarzanról szóló történeteket olvasva arról álmodozott, hogy Afrikába megy és együtt él az állatokkal.
Szülei válása után édesanyja nem tudta fedezni egyetemi tanulmányainak költségeit, ezért titkárnőként egy dokumentumfilm-stúdióban helyezkedett el. Huszonkét éves volt, amikor egy barátnője meghívta kenyai farmjukra, s az afrikai országban összeismerkedett a régész-antropológus Louis Leakeyvel. A tudós asszisztense és titkárnője lett, az Olduvai-hasadékban szemtanúja volt a hárommillió éve élt hominida, az Australopithecus koponyája megtalálásának.
Leakey az emberi evolúció jobb megértésének egyik kulcsát a vadon élő csimpánzok tanulmányozásában látta, a feladattal kitartó, türelmes és találékony titkárnőjét bízta meg. Jane igent mondott, de csak anyai felügyelettel utazhatott el a tanganyikai (ma tanzániai) Gombe Nemzeti Parkba, mert a brit hatóságok nem engedélyezték, hogy a fiatal nő egyedül éljen a vadonban.
Goodall 1960. július 14-én lépett Gombe földjére (2018 óta ez a nap a csimpánzok világnapja), kitartóan kereste a csimpánzok társaságát, akik kezdetben nem viszonozták érdeklődését, inkább kereket oldottak. Ezután távcsővel, a távolból figyelte az állatokat, akik hozzászoktak a jelenlétéhez és egyre közelebb engedték magukhoz.
1960 őszén tanúja volt, amint az egyik csimpánz ágakat gallyazott le, hogy segítségükkel termeszeket halásszon ki egy termeszvárból. Ez volt egyik legfontosabb felfedezése, mert egészen addig a tudósok úgy gondolták, hogy az ember az egyetlen faj, amely szerszámok készítésére és használatára képes, ő pedig saját szemével bizonyosodott meg az ellenkezőjéről. Leakey így reagált beszámolójára: „mostantól újra kell definiálnunk a szerszám és az ember fogalmát, vagy el kell fogadnunk a csimpánzokat emberként”.
Másik jelentős megfigyelésével, mely szerint a csimpánzok vadásznak, a zsákmányul ejtett kisebb állatokat pedig megeszik, megcáfolta a csimpánzokat elsősorban növényevőknek tartó tézist.
A fiatal kutatónő a tudományos konvenciókra fittyet hányva, az állatoknak nevet adva, a kívülről jött ember nyitottságával forradalmasította a főemlőskutatást. Megfigyelte, hogy az emberszabású majmoknak eltérő az egyéniségük, gondolataik és érzelmeik vannak, szoros családi kötelékben élnek, udvarolnak, árvákat fogadnak örökbe és háborúznak, azaz a korábban feltételezettnél jóval több hasonlóságot mutatnak az emberrel. Szürkeszakállú Dávid, Góliát és társaik életének mindennapjait könyveiből ismerhetik meg az állatrajongók.
1965-ben mentora, Leakey jóvoltából egyetemi tanulmányok nélkül doktorálhatott etológiából Cambridge-ben. 1967-től 2003-ig a Gombei Természetkutató Intézet igazgatója volt. 1977-ben megalakította a Jane Goodall Természetkutató Intézetet, s 1986-ban a Csimpánzokat Védő és Gondozó Bizottságot. A környezetvédelembe a jövő nemzedékeit is bevonva, 1991-ben Tanzániában létrehozta a fiatalok környezettudatos nevelését célzó Rügyek és Gyökerek hálózatot, amelynek munkájában a világ 93 országában több mint 100 ezer gyermek vesz részt. Magyarország 2006-ban, a Rügyek és Gyökerek Egyesület megalakításával csatlakozott a hálózathoz, amely 2010 óta Jane Goodall Intézet néven folytatja tevékenységét.
Többször járt Magyarországon, 2018-ban Pesthidegkúton felavatta a róla elnevezett tanösvényt, legutóbb, 2023-ban az ELTÉ-n tartott előadást. Számos könyve közül magyarul is olvasható Az ember árnyékában (1975), Ártatlan gyilkosok (1987), Amíg élek, remélek (2000), Az utolsó pillanat (2003) és A remény gyümölcsei (2006). A remény magjai 2014-ben (magyarul 2015-ben) jelent meg, miután – plágiumgyanú miatt – a kézirat egyes részeit átdolgozták, a hivatkozásokat kiegészítették. Legújabb műve 2022-ben jelent meg magyarul A remény könyve címmel.
Jane Goodall számtalan elismerés birtokosa, 2002 óta az ENSZ-békenagykövete, 2003-ban megkapta az Asztúria hercege díjat, 2004-ben a Brit Birodalom lovagjává ütötték, így kijár neki a Dame megszólítás. 2006-ban megkapta a francia Becsületrendet, 2021-ben Templeton-díjas lett.
Munkásságáról számos filmet készítettek, kutatásai megkezdésének ötvenedik évfordulóját az Egyesült Államok 500 mozijában egyszerre vetített dokumentumfilmmel és a részvételével megtartott Jane Goodall Live! programmal ünnepelték. 2017-ben Jane címmel Brett Morgen készített dokumentumfilmet róla. A National Geographic archívumából előkerült több mint 100 órányi felvételből, valamint a Jane Goodall Intézet és a család által rendelkezésre bocsátott videók segítségével készült alkotást 34 filmes díjjal (köztük Primetime Emmyvel) jutalmazták, a kutatót 2019-ben Nobel-békedíjra jelölték. Kilencvenedik születésnapjára világszerte számos eseménnyel készülnek, a New York-i Beacon Színházban április elsején személyesen is részt vesz egy beszélgetésen.
