Джессика Уолтер родилась в еврейской семье в Бруклине. Её детство прошло в Куинсе, а актёрское образование она получила в школе исполнительных искусств на Манхэттене.
Её дебют состоялся на телевидении в 1962 году в мыльной опере «Любовь к жизни», в которой снималась последующие три года. В то же время Джессика Уолтер дебютировала на большом экране, появившись в дальнейшем в кинокартинах «Лилит» (1964) и «Большой приз» (1966). Первого успеха в кино он добилась в 1971 году, появившись в триллере «Сыграйте мне туманно» с Клинтом Иствудом в главной роли, за которую актриса получила номинацию на «Золотой глобус». В дальнейшем Джессика Уолтер оставалась востребована в основном в театре и на телевидении, где наиболее заметные роли сыграла в телесериалах «Закон и порядок», «Замедленное развитие» и «90210».
От первого супруга, режиссёра Росса Боумана, у Уолтер родилась дочь Брук. С 1983 года и по настоящее время актриса замужем за актёром Роном Либманом, с которым неоднократно появлялась на телеэкранах.