Jocelyn Brando est la soeur aînée de
Marlon Brando. Leur enfance, ainsi que celle de leur soeur Frances, est rendue difficile par l'alcoolisme de leurs deux parents, en particulier de leur mère. Malgré son inscription sur la liste noire à l'époque du maccarthysme, pour avoir signé une pétition en faveur de la paix, elle mena une carrière longue de 50 ans au théâtre, au cinéma et à la télévision.
Elle fait ses débuts à Broadway en 1942, dans The First Crocus. Après plusieurs rôles au théâtre elle apparaît pour la première fois au cinéma en 1953 dans China Venture, de
Don Siegel. C'est son deuxième rôle au cinéma, la même année, qui la fera sans doute le plus connaître : dans Règlement de compte, de
Fritz Lang, où elle joue l'épouse de
Glenn Ford.
À partir de la fin des années 1960, elle fait de nombreuses apparitions dans des feuilletons télévisés : elle incarne le personne de Mme Reeves dans Dallas. Elle apparaît également dans Richard Diamond, Alfred Hitchcock Présente, La Grande Caravane, Le Virginien, Kojak et La Petite Maison dans la prairie.
Elle a eu deux fils : Gahan Hanmer, avec l'acteur Don Hanmer et Martin Asinof, avec le scénariste Eliot Asinof.