Il a travaillé sur de nombreuses séries télé, comme Felicity, avant de créer Alias en 2001, Lost, les disparus en 2004, What About Brian en 2006 et plus récemment Fringe en 2008. La série développée pour HBO en 2009, Anatomy of Hope ne sera pas retenue par la chaîne, seul le pilote a été tourné.
Au cinéma, il a travaillé sur le film
Armageddon et a réalisé en 2005 Mission: Impossible 3 qu'il a réécrit. Il a mis en scène
Star Trek XI en 2009. Il en signe le scénario basé sur les jeunes années de James T. Kirk et de Spock, et notamment leur rencontre à la Starfleet Academy.
Bad Robot, la société de production de J.J. Abrams, aurait acquis en 2003 les droits cinématographiques de la nouvelle L'Appel de Cthulhu (1926) de Howard Phillips Lovecraft.
J.J. Abrams a produit le film Cloverfield. D'après David Fury, ce sont des recherches effectuées sur l'origine du Bloop enregistré par le National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) en 1997 qui auraient inspiré J.J. Abrams, dans un premier temps pour un nouveau projet de série télévisée. Celui-ci fut abandonné en décembre 2005 au profit du film Cloverfield (sorti en février 2008).