Nació en Londres, el 3 de abril de 1934 y después de trabajar durante un tiempo como secretaria, tuvo la oportunidad de viajar a África y de conocer al paleontólogo y antropólogo Louis Leakey quien impresionado con su conocimiento y gran interés en la fauna africana, le ofreció trabajo como su asistente.

Posteriormente, el doctor Leakey la propuso realizar un estudio sobre los chimpancés salvajes del Lago Tanganyika, proyecto que sin embargo, tuvo que vencer la resistencia de los funcionarios británicos reacios a enviar allí a una mujer joven, pero que accedieron a ello cuando su madre se ofreció a acompañarla.

Así, en julio de 1960, Jane y su madre llegaron al Parque Nacional de Gombe, en Tanzania, donde comenzó sus investigaciones sobre los chimpancés, que interrumpió durante un tiempo para completar su formación.

En 1965 se doctoró en Etología por la Universidad de Cambridge y, con el título bajo el brazo, regresó al Parque Gombe, donde ha dedicado mas de treinta años a estudiar la vida de los chimpancés, descubriendo en ellos pautas de comportamiento y habilidades tales como la de emplear palos para extraer termitas de sus nidos.

En 1971 Goodall escribió el libro "En la senda del hombre", en el que relata el comportamiento, las habilidades y la forma de comunicarse de los chimpancés, y que se convirtió en una de las obras científicas más leídas.

En 1977 fundó el Instituto Jane Goodall, destinado al estudio y protección de las poblaciones de chimpancés y en 1991 puso en marcha el programa "Roots & Shoots" -algo así como raíces y brotes- dedicado a sensibilizar a los niños y jóvenes en favor del medio ambiente y los animales.

En abril de 2002 fue nombrada por Naciones Unidas Mensajera de la Paz. Ese mismo año, participó también en la Conferencia de las Naciones Unidas para el Desarrollo Sostenible, celebrada en agosto en Johannesburgo.

Jane Goodall contrajo matrimonio en 1964 con el holandés Hugo van Lawick, fotógrafo de National Geographic, con el que tuvo un hijo, Hugo Eric Louis (1967) y del que se divorció en 1974. En 1975 se casó en segundas nupcias con el británico Derek Bryceson, quien falleció de cáncer en 1980.