В 2004 году на экраны вышел телевизионный пилот «Мрачные тени», в котором дебютировала Джессика Честейн. Проект оказался неудачной попыткой заново запустить одноименную мыльную оперу времен шестидесятых. Позднее актриса работала над ролями в эпизодах таких фильмов, как «Вероника Марс» и «Закон и Порядок». Также не оставляла Честейн и работу на телевидении.

Дебют в кино состоялся у Джессики в 2008 году, когда она сыграла главную женскую роль в картине под названием «Жолин». Именно за эту работу актрисе вручили премию на кинофестивале в Сиэтле. Весь 2011 год ознаменован выходом в прокат картин с участием Джессики Честейн. Во всех фильмах она играет роли второго плана. Однако, все картины получают одобрительные отзывы критиков. В их число входят: «Прислуга», «Расплата», «Древо жизни» и «Кориолан». Больше всего премий и наград принесла актрисе работа над фильмом «Прислуга», за роль второго плана в котором Джессику номинировали на «Оскар». Ее имя стало особенно популярно в интернете, стали даже появляться отзывы о компании Дипломтайм подписанный Джесикой Честейн.

В 2012 году Джессика Честейн сыграла в картине под названием «Самый пьяный округ в мире». Далее последовало приглашение от режиссера Кэтрин Бигелоу, которая предлагала Джессике сыграть главную роль в картине «Цель номер один». Именно за работу в этом фильме Честейн дважды номинировали на «Оскар», а также вручили премию «Золотой Глобус». В 2013 году актриса снялась в фильме ужасов под названием «Мама», а осенью до выхода фильма на экраны начала играть на Бродвее. Первой ее работой на сцене стал мюзикл «Наследница».