Licencié de Stanford, diplômé de cinéma de l'USC, Jay Roach est sélectionné au Prix du Meilleur film d'étudiant pour son court métrage Asleep at the wheel. Producteur associé et auteur du sujet original du thriller d'action Blown away, il travaille également comme scénariste/coproducteur sur la série télévisée Lifepod. En 1990, il réalise son premier long métrage, une comédie intitulée Zoo radio, mais c'est en 1997 qu'il connaît le succès international avec Austin Powers, une parodie de James Bond emmenée par Mike Myers. Suivront deux autres volets, Austin Powers - l'espion qui m'a tirée (1999) et Austin Powers dans Goldmember (2002), qui rencontreront également les faveurs du public.

A partir de 2000, Jay Roach se fait l'initiateur d'une autre saga très lucrative à l'humour potache en dirigeant Robert De Niro et Ben Stiller dans la comédie familiale Mon beau-père et moi, véritable carton au box-office américain. Avec l'appui de ce dernier, il parvient à obtenir la participation de Dustin Hoffman et Barbra Streisand pour le deuxième épisode réalisé en 2004, Mon beau-père, mes parents et moi. S'il change de registre en 2008 avec le téléfilm Recount qui se déroule durant le scandale des recomptes de voix de l'élection présidentielle américaine de 2000, le cinéaste revient cependant très vite à son domaine de prédilection, la comédie, avec The Dinner (2010), remake du Dîner de cons de Francis Veber, porté par Steve Carell et Paul Rudd ainsi que Mon beau-père et nous, suite des précédents opus réalisés par Paul Weitz et dont il est le producteur.

Produire des films, c'est aussi une activité qui l'occupe, sa présence dans le domaine ayant permis, entre autres, la naissance de Borat de Larry Charles et de Sisters de Jason Moore. En 2012, il se fait rencontrer ses deux domaines de prédilection, la comédie et la politique, dans Moi, député. Un an avant, il offrait à Julianne Moore de prestigieuses récompenses avec Game Change, récit de la montée médiatique de Sarah Palin. En 2015, Jay Roach revient en force à la télévision via une farce imaginant l'aube d'une troisième guerre mondiale (The Brink) et redonne ses lettres de noblesse à Dalton Trumbo, figure persécutée du maccarthysme prenant ici les traits de Bryan Cranston. Un acteur qu'il retrouvera pour HBO dans All The Way, adaptation d'une pièce de théâtre sur la vie du 36ème président des États-Unis.

En 2019, Jay Roach revient au cinéma avec Scandale, un biopic nous plongeant au cœur du scandale sexuel ayant impliqué Roger Ailes, le patron de Fox News. Le film est porté par Charlize Theron, Nicole Kidman, Margot Robbie et John Lithgow. Puis, il signe 8 épisodes de High Desert, une série déjantée dans laquelle Patricia Arquette campe une ancienne toxicomane qui devient détective privé. En 2025, il convoque Olivia Colman et Benedict Cumberbatch pour La Guerre des Rose, remake de la comédie culte des années 80 du même nom.