Né à Roanne, Jean-Pierre Jeunet a fait ses études à Nancy. Avant d'entamer sa carrière au cinéma, il a d'abord travaillé comme technicien aux PTT à Paris et à Nancy.
Jean-Pierre Jeunet débute dans le métier en réalisant des films publicitaires, et des vidéoclips (parmi lesquels Tombé pour la France de Etienne Daho en 1986 ou La Fille aux bas nylons de Julien Clerc en 1984). En parallèle, il réalise en commun avec le dessinateur
Marc Caro des courts-métrages d'animation, L' Evasion (1978) et Le Manège (1980).
Les deux réalisateurs passent un an et demi à confectionner dans les moindres détails leur troisième court-métrage Le Bunker de la dernière rafale, en 1981. Tous leurs courts-métrages sont récompensés dans de nombreux festivals, aussi bien en France qu'outre frontières.
C'est leur premier long-métrage,
Delicatessen, réalisé en 1991 qui les propulse sur le devant de la scène. Delicatessen est lauréat de quatre Césars. Leur second long-métrage met presque quatre ans à se concrétiser. La Cité Des Enfants Perdus (1995) est un conte noir, totalement novateur pour l'époque sur le plan des effets spéciaux (exécutés en partie par Pitof), et qui a nécessité la création de nouveaux logiciels. Il est distribué partout dans le monde avec succès.
En 1997, à la suite de la défection du réalisateur anglais
Danny Boyle, Jean-Pierre Jeunet se voit proposer la mise en scène du quatrième épisode des aventures d'Ellen Ripley, Alien, la résurrection. Se séparant de Marc Caro, il part donc poursuivre sa carrière aux Etats-Unis. Comme à l'accoutumée, il fait équipe commune avec son (autre) complice de toujours,
Dominique Pinon, et retrouve aussi Ron Perlman, déjà présent dans La cité des enfants perdus. Le film sera un succès au box-office.
En 2000, il revient en France, pour tourner Le Fabuleux destin d'Amélie Poulain, avec
Audrey Tautou et
Mathieu Kassovitz. Avec ce film, le cinéaste enregistre un succès sans précédent : plus de 8 millions d'entrées. Le film remporte également 4 Césars : Meilleur Film, Meilleur Réalisateur, Meilleure musique écrite pour un film, et Meilleurs Décors. Un triomphe qui lui permet de monter quatre ans plus tard l'adaptation du roman de Sébastien Japrisot : Un long dimanche de fiançailles ; un projet d'envergure que Jeunet portait depuis dix ans, et récompensé par 5 Césars. Pour cette grande fresque romanesque sur fond de guerre 14-18, Jeunet retrouve sa "fabuleuse" actrice Audrey Tautou entourée d'un casting prestigieux.
Jean-Pierre Jeunet a été le premier Président du festival de cinéma de La Foa, en Nouvelle-Calédonie, en 1999.
En 2007, il a refusé le poste de réalisateur du film Harry Potter et l'Ordre du phénix, oeuvre tirée du livre du même nom, écrit par J. K. Rowling.
En 2009, il est le parrain du Salon du Cinéma. Entre le 4 et le 13 septembre 2009, il assurera la présidence du jury du 35ème Festival du cinéma américain de Deauville. Son nouveau film, Micmacs à tire-larigot, est sorti sur les écrans le 28 Octobre 2009.