C'est durant ses études de littérature anglaise à la Central Michigan University que Jeff Daniels est repéré par Marshall Mason, directeur du Circle Repertory Theater de New York. Il lui propose un rôle dans la pièce "Été et Fumées" de Tennessee Williams. Le jeune comédien entre officiellement dans la troupe en 1976 et connaît un succès considérable pendant trois ans à l'affiche de "Fifth of July". Très attaché au monde du théâtre, Daniels créé en 1991, dans sa ville natale du Michigan, la troupe "The Purple Rose", avec laquelle il écrit et conçoit des spectacles centrés autour d'auteurs, comédiens ou metteurs en scène du Middle West.

1981 marque les premiers pas de Jeff Daniels dans l'univers du cinéma, alors qu'il fait une brève apparition dans Ragtime de Milos Forman. En 1983, il revient sur le grand écran en donnant la réplique à Debra Winger dans Tendres passions. Puis, c'est aux côtés de Woody Allen qu'il développe son talent comique dans La Rose pourpre du Caire (1984). Il retrouve d'ailleurs le réalisateur trois ans plus tard pour Radio Days (1987). En 1986, Jeff Daniels joue dans le drame amoureux La Brûlure de Mike Nichols, aux côtés de Meryl Streep et de Jack Nicholson. Il croise la route du réalisateur Robert Altman en 1988 pour deux projets à la télévision et fait une incursion dans le domaine de l'horreur, menacé par des araignées tueuses dans Arachnophobie (1990).

Après un film de guerre (Gettysburg) et un film d'action (Speed) tournés tous les deux en 1994, Jeff Daniels décide de s'essayer à des projets plus légers, dans lesquels son potentiel comique est largement mis en valeur comme Dumb and dumber (1994), Les 101 dalmatiens (1996) ou encore Pleasantville (1998) aux côtés de Reese Witherspoon et de Tobey Maguire. Artiste complet, il passe de l'autre côté de la caméra et signe le scénario de Escanaba in da moonlight (2001) et de Super sucker (2002), qui obtient le prix du public lors de l'U.S Comedy Arts Festival d'Aspen. Jeff Daniels en profite ainsi pour créer sa société de production indépendante, Purple Rose Films. Il s'éloigne aussi du métier de comédien pendant quelques temps pour enregistrer un album : "Jeff Daniels Live and Unplugged".

S'illustrant dans n'importe quel registre, il joue aussi bien dans des thrillers comme Insomnies (2001) ou Créance de sang (2002) de et avec Clint Eastwood que dans le drame oscarisé The Hours. En 2005, il est à l'affiche du deuxième film de George Clooney, Good Night, and Good Luck., ainsi que dans la comédie dramatique Les Berkman se séparent pour lequel il est nominé aux Golden Globes. Après quelques films mineurs, Daniels enquête sur un meurtre avec Russell Crowe et Ben Affleck dans Jeux de Pouvoir (2009) avant de s'embarquer pour une balade bucolique dans Away We Go (id.) de Sam Mendes. En 2012, l'acteur tient le premier rôle de la nouvelle série d'Aaron Sorkin : The Newsroom et retrouve les écrans de cinéma pour le nouveau phénomène de science-fiction Looper, aux côtés de Bruce Willis et de Joseph Gordon-Levitt.