Джейн Мэллори Биркин родилась 14 декабря 1946 года в Лондоне, в семье военного Дэвида Биркина и актрисы Джуди Кэмпбелл. Кроме неё, в семье уже был сын Эндрю Биркин, ставший позже известным режиссёром и киносценаристом («Парфюмер: История одного убийцы», «Цементный сад»).

Биркин, выросшая в свободной атмосфере свингующего Лондона 1960-х годов, уже в возрасте 17 лет решила пойти по стопам матери и впервые записалась на пробы. В этом же возрасте она сделала свой дебют на сцене лондонского Haymarket Theater, сыграв юную глухонемую в постановке Carving a Statue Грэма Грина.

Немногим позже она участвует в пробах к мюзиклу под названием Passion Flower Hotel; в это время она знакомится с популярным композитором Джоном Бэрри (автором музыкальной темы к фильмам про Джеймса Бонда). В возрасте 19 лет Джейн Биркин выходит замуж за Бэрри. От этого брака в 1967 году рождается дочь Кейт, однако союз Биркин и Бэрри не продлился долго: сразу после распада отношений Джейн решает переехать во Францию.

Причиной этого решения был не только развод, но и начавшаяся кинокарьера Джейн Биркин: после скромной дебютной роли в фильме The Knack, славу Биркин как киноактрисе приносит участие в культовом фильме Микеланджело Антониони, лауреате Каннского кинофестиваля, фильме «Фотоувеличение» (1967 год). Джейн, игравшую там одну из фотомоделей и появлявшуюся полностью обнажённой в короткой, но весьма запоминающейся сцене, моментально заметили. В следующем году Биркин попала во Францию на кинопробы в фильм «Слоган», и хотя она не говорила по-французски, получила ведущую роль. Участие в этом фильме стало для Биркин судьбоносным: на съёмочной площадке она встретила игравшего в том же фильме Сержа Генсбура, и по словам самой Биркин, «это была любовь с первого взгляда».

Биркин и Генсбур моментально стали самой модной парой Франции; в 1969 году они выпускают свой совместный сингл Je t’aime… moi non plus («Я тебя люблю… Я тебя тоже нет»), в финале которого Биркин начинала стонать, а затем имитировала оргазм. Сингл стал самой продаваемой песней года во Франции (более миллиона копий в первые недели продаж) и большим хитом по всей Европе. Всё это произошло несмотря на запрет на радиоэфир песни в целом ряде государств, а также официальное заявление Папы Римского с осуждением композиции. По слухам, Генсбур и Биркин действительно занимались сексом во время записи песни. Так или иначе, песня стала визитной карточкой скандальной пары.

Кроме того, песня обозначила начало певческой карьеры Джейн Биркин. Серж Генсбур продолжил писать для её хрупкого, тонкого срывающегося голоса песни, ставшие впоследствии «лицом» Биркин-певицы. Творческий союз Биркин с Генсбуром подкреплялся их личными отношениями, продолжавшимися 12 лет. В 1971 году у пары родилась дочь Шарлотта, популярная сегодня актриса и певица. На протяжении совместных с Генсбуром лет, Джейн Биркин продолжала активно сниматься в кино. С её участием вышло более тридцати картин, в основном комедий и детективов, не снискавших особого успеха. Однако одна совместная киноработа с Генсбуром — Я тебя люблю… Я тебя тоже нет (по названию песни).