Les parents de Jennifer Lee divorcent lorsqu'elle est enfant. Elle s'installe alors, en compagnie de sa soeur, chez sa mère à East Providence (Rhode Island). Une fois ses études secondaires achevées, elle intègre l'université du New Hampsire et obtient un diplôme d'anglais. En 1992, elle se rend à New York et travaille en tant que graphiste dans le domaine de l'édition (elle conçoit, entre autres, des audiobook pour la célèbre maison d'édition Random House). A l'âge de 30 ans, elle sort diplômée de la Columbia University School of the Arts. Dans cette dernière, elle fait la connaissance d'un certain Phil Johnston.

Une rencontre déterminante qui lui permet de collaborer avec lui en tant qu'assistante réalisatrice et coproductrice sur le court métrage A Thousand Words, qu'il réalise. Plusieurs années après, Johnston lui propose de travailler avec lui sur le scénario des Mondes de Ralph, 125ème long métrage d'animation des studios Disney. Ce qui devait à l'origine être un travail d'écriture s'étendant sur quelques semaines s'est avéré en fait être un engagement bien plus important pour Lee. Lors de sa sortie en salles, le succès a été au rendez-vous puisque le long métrage a rapporté environ 500 millions de dollars dans le monde.

Fort de cette expérience où elle a pu prouver sa valeur, Lee est appelée pour oeuvrer sur le scénario de La Reine des neiges, puis à en être la co-réalisatrice aux côtés de Chris Buck. Le travail de Lee a été déterminant quant à la réussite du film d'animation : elle est notamment parvenue à renforcer le côté comédie musicale du long métrage, qui était en premier lieu davantage axé sur l'aventure et l'action. Lors de sa sortie, La Reine des neiges est devenu le plus grand succès de tous les temps pour un film d'animation, dépassant largement le milliard de dollars de recettes de Toy Story 3.

Après ce succès sans précédent, Jennifer Lee et Chris Buck réalisent un court métrage intitulé La Reine des Neiges: Une Fête Givrée, qui n'est autre qu'une suite des aventures d'Anna, Elsa et d'Olaf. Le court métrage sort en mars 2015. Lee poursuit sa carrière chez Disney en participant à l’écriture de Zootopie et Un Raccourci dans le Temps, avant de s'atteler au très attendu La Reine des neiges 2 dont la sortie est prévue pour novembre 2019.

Le 19 juin 2019, Jennifer Lee devient directrice artistique de Walt Disney Animation Studios. Elle succède ainsi à John Lasseter qui a été contraint de laisser sa place en raison des accusations dont il fait l'objet. Si Lee dirige la branche Disney, c'est Pete Docter (Là-Haut) qui gère Pixar.