Полное имя актрисы — Дженнифер Линн Коннелли [Jennifer Lynn Connelly]. Её отец — Джерард Коннелли, имел ирландские и норвежские корни, мать — Айлин Коннелли, из семьи евреев — выходцев из России и Польши.
Со своим мужем, английским актёром Полом Беттани, познакомилась на съёмках "Игр разума". Один из приятелей отца Дженнифер занимался рекламой, он предложил девушке пойти на просмотр в модельное агентство; в 10 лет она начала сниматься в рекламе для газет и журналов, потом переключилась на телерекламу.

После окончания школы она поступила в Йельский университет, где 2 года изучала английский язык и драматическое искусство, позже она перевелась в Стэнфордский университет, чтобы играть в классическом театре и учиться импровизации. Обучение в Стэнфорде Коннелли не завершила.