Fille des comédiens Jon Voight et Marcheline Bertrand, Angelina Jolie baigne depuis sa plus tendre enfance dans la comédie. Ainsi, dès l'âge de sept ans, elle joue aux côtés de ses parents dans le long métrage Lookin' To Get Out (1982).

Après avoir étudié au Lee Strasberg Theatre Institute, auprès du fameux co-fondateur de l'Actors' Studio, l'actrice, désireuse de réussir par son seul talent, abandonne son patronyme afin de revendiquer une personnalité fougueuse qui lui est propre. Entamant au début des années 90 une carrière de mannequin, Angelina Jolie défile régulièrement à Londres, New York et Los Angeles. Elle apparaît également dans quelques clips (Has Anybody Seen My Baby des Rolling Stones, Rock'n roll Dreams Come Through de Meat Loaf ou encore Stand By My Woman de Lenny Kravitz) et devient en 1993 le personnage féminin principal du film d'action Glass Shadow, également connu sous le titre de Cyborg 2.

C'est en 1995, sur le tournage de Hackers, qu'elle rencontre l'acteur Jonny Lee Miller, à qui elle restera mariée pendant quatre ans. Privilégiant les rôles de femmes torturées (Playing God en 1997 ; Hell's Kitchen en 1998), Angelina Jolie remporte l'Oscar du Meilleur second rôle féminin en 2000 pour sa prestation dans Une vie volée. Aimant à cultiver une image de jeune rebelle, elle interprète face à Nicolas Cage une séduisante voleuse de voitures dans la superproduction 60 secondes chrono (2000), et épouse en deuxièmes noces l'acteur Billy Bob Thornton, de vingt ans son aîné, dont elle a fait la connaissance sur le plateau de la comédie Les Aiguilleurs (1999).

En 2001, Angelina Jolie connaît la consécration en prêtant ses traits et ses formes à l'héroïne virtuelle Lara Croft dans l'adaptation du jeu vidéo Tomb Raider, un rôle qu'elle reprendra en 2003 pour la suite intitulée Le Berceau de la vie. Tombée sous le charme du Cambodge et devenue mère adoptive d'un petit garçon prénommé Maddox, l'actrice gagne en maturité et troque son étiquette de jeune fille provocatrice pour celle d'ambassadrice de bonne volonté au Haut Commissariat des Nations Unies pour les Réfugiés (HCR). Ses rôles se font plus sages : elle se convertit à l'humanitaire dans Sans frontière (2003), resté inédit en salles, incarne la femme de Daniel Pearl, journaliste américain décapité par des extrémistes pakistanais, dans Un coeur invaincu (2007), et tourne sous la direction de sommités du Septième Art américain comme Oliver Stone (Alexandre, 2004), Robert De Niro (Raisons d'Etat, 2007) et Clint Eastwood (L'Echange, 2008).

Une orientation cinématographique qui ne l'empêche pas pour autant de continuer à jouer les femmes d'action dans quelques productions commerciales type Taking Lives, destins violés (2004), Mr and Mrs Smith (2005) - dont elle partage l'affiche avec son futur compagnon Brad Pitt, et Wanted (2008), film aux gunfights décapants. Parallèlement, la comédienne prête sa voix à des personnages animés comme Lola dans Gang de requins (2004) et Master Tigresse dans Kung Fu Panda (2008) et sa suite (2011). En 2010, Angelina Jolie retrouve le réalisateur Phillip Noyce, qui l'avait déjà dirigée dix ans auparavant dans le thriller Bone Collector, pour Salt, dans lequel elle interprète une sorte de Jason Bourne féminin pourchassée par la CIA. La belle joue de nouveau les espionnes, plus glamour cependant, dans The Tourist, remake d'Anthony Zimmer, où elle manipule Johnny Depp.

En 2011, sa carrière cinématographique prend un tournant notable, puisqu'elle passe pour la seconde fois derrière la caméra. Déjà réalisatrice d'un documentaire en 2007, A Place in Time, elle signe ici son premier vrai long-métrage, Au Pays du Sang et du Miel. Loin de l'univers glamour hollywoodien, Angelina Jolie a choisi de tourner son film dans la région des Balkans, avec des acteurs locaux. Cette nouvelle vocation lui permet de servir ses idéaux humanitaires et de se battre pour des causes qui lui tiennent à cœur. Quelques mois plus tard, en juin 2011, L’actrice prête de nouveau sa voix à Tigresse dans Kung Fu Panda 2. Le film récolte plus de 710 millions de dollars à l'international.

Après s’être éloignée du cinéma pendant deux années, la comédienne fait son grand retour en 2014 dans une production Disney, Maléfique. Le film de Robert Stromberg relate l'histoire de la méchante sorcière dans le conte La Belle au bois dormant, et devient le plus gros succès d'Angelina Jolie juste derrière Kung Fu Panda, avec 760 millions de dollars de recettes (ce qui occasionne, en 2019, une suite, Maléfique : Le Pouvoir du Mal). Toujours en 2014, l’actrice devient à nouveau réalisatrice pour Invincible, un drame consacré à Louis Zamperini, athlète américain et héros de guerre. Son film suivant, Vue sur mer, dans lequel elle se met en scène avec son mari Brad Pitt, connaît un échec tant critique que commercial.

Deux ans plus tard, la native de Los Angeles réalise, pour Netflix, une adaptation de l’autobiographie de Loung Ung, qui raconte son vécu sous le régime meurtrier des Khmers Rouges de 1975 à 1978. En 2021, elle est à l'affiche de deux films : le Marvel Les Eternels et le thriller Ceux qui veulent ma mort, dans lequel elle incarne une ancienne pompier parachutiste confrontée à des tueurs.