Fille d'un médecin écossais et d'une avocate française, Jacqueline Bisset grandit dans un cottage près de Reading. Adolescente, elle prend des cours de danse, puis se lance, à 18 ans, dans une carrière de mannequin. Choisissant de s'orienter vers le cinéma, elle fait sa première apparition à l'écran en 1965 dans le film-phare du swinging London, Le Knack... ou comment l'avoir, aux côtés de deux autres jeunes Anglaises, Jane Birkin et Charlotte Rampling.

Hollywood ne tarde pas à faire les yeux doux à la racée Bisset, qui, après un petit rôle dans Cul-de-sac de Polanski, incarne Miss Gooodthighs dans Casino Royale. Cette parodie de 007 marque le début du contrat que la comédienne signe avec la Fox. S'installant à L.A. en 1968, elle devient célèbre cette année-là grâce à deux films dans lesquels elle a pour partenaires de grands séducteurs : Le Détective avec Frank Sinatra et Bullitt avec Steve McQueen. Petite amie de Dean Martin dans le film-catastrophe Airport, cette fan du cinéma d'auteur européen croit d'abord à un canular quand Gérard Lebovici la contacte pour lui soumettre un scénario de François Truffaut. Mais c'est bien elle qui jouera le rôle de Julie Baker, la star hollywoodienne capricieuse et fragile de Je vous présente Pamela, le film dont La Nuit américaine (1973) relate le tournage mouvementé. Les Français tombent alors sous le charme de Bisset, muse de Bébel dans Le Magnifique.

Tandis qu'aux Etats-Unis Les Grands Fonds (1977) doit une large part de son succès au tee-shirt mouillé de l'actrice, celle-ci tourne en Europe avec Comencini (La Femme du dimanche). Amie et rivale de Candice Bergen dans Riches et célèbres (1981), ultime long métrage du maître Cukor (dont elle est coproductrice), elle retrouve bientôt un autre géant d'Hollywood, John Huston, pour Au-dessous du volcan. Femme mûre qui n'a rien perdu de sa sensualité (La Maison de Jade), Bisset se délecte à camper une bourgeoise qui tente, en vain, de masquer son arrogance dans La Cérémonie de Chabrol, -ce qui lui vaut une nomination au César du Meilleur second rôle. A l'affiche, en France, de comédies de moeurs mélancoliques (Les Marmottes, Les Gens qui s'aiment), elle est choisie par le roi du film d'action Tony Scott pour incarner la mère fantasque de la chasseuse de primes Domino (2005).