Jason Schwartzman était prédestiné à devenir acteur : fils de l'actrice Talia Shire (Rocky) et du producteur hollywoodien Robert Schwartzman, il est le neveu de Francis Ford Coppola, cousin de Sofia et Roman. D'abord attiré par la musique, le jeune garçon joue de la batterie et forme un groupe, les "Phantom Planet".

A 18 ans, il est remarqué par Wes Anderson qui l'engage dans Rushmore, gros succès d'estime dans lequel il est Max Fisher, un adolescent de 15 ans surdoué et pris dans un triangle amoureux inextricable. Dès lors, ce film sera sa carte de visite, lui permettant d'enchaîner les films. Dans CQ, le premier film de son cousin Roman Coppola, il incarne un photographe de mode prétentieux et excentrique. Il devient en outre le spécialiste des personnages arrogants et insupportables, notamment dans Slackers, un teen movie dans lequel il est prêt à tout pour coucher avec la fille de ses rêves. Il accepte enfin un petit rôle dans Simone (d'Andrew Niccol 2002), pour avoir la chance de jouer aux côtés d'Al Pacino.

En 2005, Jason Schwartzman apparaît dans quatre films. J'adore Huckabees tout d'abord, où il tient le premier rôle, très inspiré de la propre vie du réalisateur David O. Russell. Il est également le héros de Spun, dans lequel il campe un drogué notoire et partage l'affiche avec Mickey Rourke et Brittany Murphy. S'intéressant à tous les genres, l'acteur apparaît également dans la comédie Shopgirl aux côtés de Steve Martin et Claire Danes. Enfin, il fait partie d'une grosse production, l'adaptation de la série Ma sorcière bien aimée, portée par Nicole Kidman. Parallèlement, Jason tourne à Paris sous la direction de sa cousine Sofia Coppola, pour son troisième long métrage Marie Antoinette (2006), où il interprète le roi Louis XVI.

En 2008, il retrouve le réalisateur de ses débuts, Wes Anderson, qui l'emmène A bord du Darjeeling Limited pour un voyage initiatique aux côtés de deux frères incarnés par Owen Wilson et Adrien Brody. Un nouveau film fantasque et décalé, précédé par le court-métrage Hôtel Chevalier, où son personnage retrouve un ex-amour dans un hôtel parisien avant de partir en voyage... Ce film donne un nouvel élan à la carrière de Schwartzman, qui se lance alors dans de nombreuses comédies. En 2009, il est le colocataire arrogant de Seth Rogen et Jonah Hill sous la direction de Judd Apatow (10 ans après avoir joué dans sa série Freaks and Geeks) dans Funny People, dont il signe également la bande-originale.

L’année suivante, il retrouve le réalisateur Wes Anderson dans Fantastic Mr. Fox et tourne avec Edgar Wright dans Scott Pilgrim. Son goût pour la comédie s’affirme également sur petit écran, avec la série Bored To Death, dans laquelle il tient le premier rôle. Menant une carrière assez discrète, Jason Schwartzman apparaît dans Dans la tête de Charles Swan II, Big Eyes, Dans l'ombre de Mary, A Very Murray Christmas, Un week-end à Napa et Mainstream. Il goûte aussi à l'univers d'Hunger Games via le prequel La Ballade du serpent et de l'oiseau chanteur. En parallèle, il tourne pour son metteur en scène fétiche dans Moonrise Kingdom, The Grand Budapest Hotel, The French Dispatch et Asteroid City.

Il campe aussi un gangster dans la quatrième saison de Fargo et sera prochainement à l'affiche de  Megalopolis de Francis Ford Coppola.