Nació el 19 de diciembre de 1980 en Los Angeles, California (Estados Unidos)
Jake estudió en la Universidad de Columbia durante unos años, pero abandonó el centro académico para comenzar su trayectoria como actor tras representar de manera amateur obras teatrales estudiantiles.
Algunas de sus películas son: “Jarhead” (2005) de Sam Mendes, “Brokeback Mountain” (2005) de Ang Lee o “Zodiac” (2007) de David Fincher.
En “Expediente Anwar” (2007), Gyllenhaal interpreta a Douglas Freeman, un analista de la CIA en el norte de África.
En “Brothers” (2009), película dirigida por Jim Sheridan, es Tommy, el hermano de Tobey Maguire.
En la fantasía aventurera “Prince of Persia” (2010) interpretó a un príncipe persa del siglo VI.
En la comedia “Amor y Otras Drogas” (2010) compartía romance con Anne Hathaway.
En la intriga de ciencia-ficción “Código Fuente” (2011), film dirigido por Duncan Jones, el hijo de David Bowie, interpretó a un soldado que retrocedía en el tiempo para evitar un ataque terrorista en un tren.
En el thriller “Sin Tregua” (2012) era un policía de Los Angeles.
Más tarde protagonizó “Enemy” (2013), adaptación de “El Hombre Duplicado” de José Saramago, “Nightcrawler” (2014), thriller con dirección de Dan Gilroy, o la acción en montañas “Everest” (2015).
En “Demolición (Demolition)” (2015) interpretó a un inversor bancario cuya vida cambia tras la muerte accidental de su mujer.