Després de començar a treballar com a realitzador d’anuncis publicitaris, conegué el dibuixant i dissenyador Marc Caro. Tots dos signaren els curtmetratges d’animació L’évasion (1978) i Le manège (1980), aquest últim guanyador d’un premi César al millor curt. Els seguiren una sèrie de guardonats curts −el més reeixit dels quals fou Foutaises (1989)−, fins que debutaren en el llargmetratge amb Delicatessen (1990), una imaginativa comèdia que posà les bases d’un univers caracteritzat pel to fantasiós, el barroquisme visual i l’humor negre. A continuació dirigiren conjuntament La cité des enfants perdus (1995) i, ja en solitari −tot i que portant Caro com a col·laborador−, Jeunet marxà a Hollywood per dirigir Alien: Resurrection (1997). El seu retorn a França significà un gran èxit internacional amb la faula Le fabuloux destin d’Amélie Poulain (2001). Darrerament ha dirigit Un long dimanche de fiançailles (2004), adaptació d’una novel·la de Sébastien Japrisot ambientada a la Primera Guerra Mundial.