Jane Birkin est née à Londres le 14 décembre 1946, d’une mère comédienne, Judy Campbell, et d’un père commandant dans la Royal Navy.

Elle monte sur les planches à 17 ans et rencontre John Barry qui l’engage pour sa comédie musicale Passion Flower Hotel. Ils se marient peu après, et en 1967, Kate Barry voit le jour.

A vingt ans, Jane se fait remarquer dans Blow-up, le film scandale d’Antonioni consacré à Cannes. En France, Pierre Grimblat est sur le tournage de Slogan. Il cherche une anglaise pour donner la réplique à Serge Gainsbourg. L’artiste est déjà célèbre en marge du courant yéyé, mais l’homme vit difficilement sa rupture avec Brigitte Bardot. Jane débarque pour un bout d’essai ; elle parle à peine français, ignore tout de son partenaire et fait les frais de son dépit amoureux. Ainsi commence leur mythique histoire d’amour dans le Paris de 1969. Ils ne se quittent plus et créent la légende dans les bars « underground » où souffle le vent libertaire post soixante-huitard.
En 1973 sort Di Doo Dah, son premier album solo. Cette même année, elle se révèle tragédienne au cinéma, notamment dans Sept morts sur ordonnance de Jacques Rouffio. On lui doit aussi la réussite populaire en 1974 et 1975 de deux comédies de Claude Zidi : La moutarde me monte au nez et La course à l’échalotte avec Pierre Richard.
En 1981, Jane quitte Serge. Elle vit alors avec Jacques Doillon, le réalisateur de La fille prodigue et de La Pirate, qui impose la comédienne dans un registre résolument dramatique.
En 1985, Jane monte pour la première fois sur scène pour interpréter La fausse suivante au Théâtre des Amandiers de Nanterre, sous la direction de Patrice Chéreau. C’est grâce à cette expérience et à la confiance en elle que lui a données ce metteur en scène que Jane a puisé son envie d’affronter la scène en tant que chanteuse ; c’est ainsi après la sortie de Lost song en 1987, Jane monte sur scène, au Bataclan « pour épater Serge ».
En 1990, Gainsbourg lui consacre un nouvel album-déclaration: Amours des feintes. Ce sera le dernier. Il s’éteint le 2 mars 1991.
À l’été 2016 nait sous l’impulsion de l’Orchestre Symphonique de Montréal et des Francofolies de Montréal « Birkin / Gainsbourg, le symhonique ». Créé pour deux représentations commémorant les 25 ans de la disparition de Serge Gainsbourg, ce concert a fait le tour du monde jusqu’en mars 2020.

Début 2020, elle entre en studio avec Etienne Daho pour enregistrer son nouvel album inédit dont la sortie est prévue à l’automne 2020.