1991年，傑克·吉倫哈爾在西部喜劇片《城市鄉巴佬》中飾演比利·克利斯托的兒子，這也是他出演的首部電影作品 。1993年，與姐姐瑪吉·吉倫哈爾出演電影《危險的情人》。1998年，出演史蒂芬·吉倫哈爾執導的喜劇片《王牌追殺令》。
1999年2月19日，與克裏斯·庫珀搭檔主演的勵志片《十月的天空》上映，在片中飾演煤礦監工約翰·希克曼的兒子霍納·希克曼，他憑借該片獲得了青少年選擇獎、青年藝術家獎、青年明星獎突破表演獎的提名 。2001年，主演科幻懸疑片《死亡幻覺》，傑克在片中飾演青春期少年東尼，他也憑借該片獲得第17屆獨立精神獎最佳男主角提名 。
2002年1月12日，與詹妮弗·安妮斯頓搭檔主演的劇情片《好女孩》在美國上映，他在片中飾演在購物中心上班的年輕收銀員與霍爾頓 ；3月26日，與傑瑞德·萊托合作主演的劇情片《高速驚魂》上映，他在劇中飾演傑克的朋友Pilot；10月4日，與達斯汀·霍夫曼、蘇珊·薩蘭登主演愛情片《讓愛自由》；同年，與海登·克裏斯滕森、安娜·帕奎因主演舞台劇《This Is Our Youth》，他則憑借該舞台劇獲得了倫敦标準晚報戲劇獎傑出新人獎 。2004年，傑克·吉倫哈爾在羅蘭·艾默裏奇執導的災難片《後天》中飾演傑克·霍爾的兒子 ，他則憑借該片入圍愛爾蘭電視電影獎最佳國際演員獎。
2005年9月16日，傑克·吉倫哈爾與格溫妮斯·帕特洛、安東尼·霍普金斯聯袂主演的愛情片《證據》上映，傑克在片中飾演羅伯特生前的學生哈爾 ；10月，傑克獲得第9屆好萊塢電影獎突破男演員獎 ；12月9日，傑克·吉倫哈爾主演的愛情片《斷背山》上映，傑克·吉倫哈爾在片中飾演騎術高超的牛仔傑克·崔斯特 ；同年，傑克還主演了薩姆·門德斯執導的戰争片《鍋蓋頭》。2006年，傑克·吉倫哈爾憑借《斷背山》獲得第78屆奧斯卡金像獎最佳男配角提名 、以及第59屆英國電影和電視藝術學院獎電影獎最佳男配角獎 ，并獲得第15屆MTV電影獎最佳吻戲、最佳表演獎 。
2007年3月2日，與小羅伯特·唐尼、馬克·魯法洛聯袂主演的犯罪懸疑片《十二宮》上映，在片中飾演害羞内向的漫畫家羅伯特·格雷史密斯 ；10月19日，與瑞茜·威瑟斯彭、梅麗爾·斯特裏普、艾倫·阿金等人合作主演的驚悚片《反恐疑雲》在美國上映。2009年12月4日，傑克·吉倫哈爾與娜塔莉·波特曼、托比·馬奎爾聯合主演的劇情片《兄弟》上映，他在片中飾演湯姆的弟弟湯米，并憑借此片獲得第12屆青少年選擇獎最佳劇情電影男演員的提名 。
2010年5月28日，主演的愛情奇幻片《波斯王子：時之刃》在北美、中國内地同步上映，傑克·吉倫哈爾在片中飾演勇敢富有創造力、令人尊敬的達斯坦王子 ；11月24日，與安妮·海瑟薇搭檔主演的愛情喜劇片《愛情與靈藥》在北美上映，他在片中飾演藥品銷售員傑米·蘭德爾 ；12月，傑克·吉倫哈爾獲得第68屆美國電影金球獎音樂喜劇類最佳男主角提名 。
2011年4月1日，與米歇爾·莫納漢、維拉·法米加合作主演的科幻片《源代碼》在北美上映，在片中飾演美軍上尉史蒂文斯 ；6月，參加Discovery頻道《荒野求生》節目錄制，與主持人貝爾·格裏爾斯置身于冰島荒天野地外 ；同年，獲得第37屆人民選擇獎最受歡迎動作明星獎提名 。
2012年2月，傑克·吉倫哈爾擔任第62屆柏林國際電影節評委 ；9月21日，與邁克爾·佩納、安娜·肯德裏克聯袂主演的犯罪劇情片《警戒結束》在北美正式上映，他在片中飾演代号13X13的二級警官布萊恩·泰勒 ，他也憑借該片獲得第39屆人民選擇獎最受歡迎劇情片男演員提名 ；12月，傑克·吉倫哈爾獲得第18屆評論家選擇獎最佳動作片男演員提名 。
2013年9月8日，在懸疑片《宿敵》中分别飾演教師亞當和演員安東尼 ；9月20日，與休·傑克曼搭檔主演的犯罪驚悚片《囚徒》上映，他在片中飾演警探羅基 ；10月，憑借電影《囚徒》獲得第17屆好萊塢電影獎年度男配角獎 ；同年，憑借電影《宿敵》獲得第34屆加拿大吉尼獎最佳男主角提名。
2014年10月31日，主演的犯罪驚悚片《夜行者》在北美上映，傑克·吉倫哈爾在片中飾演一位報道犯罪事件的記者盧·布魯姆 ；他也憑借該片獲得了美國金球獎 、英國電影學院獎、美國演員工會獎等獎項的最佳男主角提名。2015年2月10日，與傑西卡·貝爾、詹姆斯·麥斯登聯袂主演的愛情喜劇片《意外的愛情》在美國上映，傑克·吉倫哈爾在片中飾演國會議員霍華德·伯德威爾 ；5月，擔任第68屆戛納國際電影節評委，且是裏面唯一一位男演員 ；7月31日，與瑞秋·麥克亞當斯搭檔主演的拳擊題材電影《鐵拳》在北美上映，在片中飾演的拳王比利，因被剝奪了女兒的撫養權，爲了重新取得女兒的撫養權，比利積極恢複訓練想要再度奪魁 ；11月3日，與傑森·克拉克、喬什·布洛林聯合主演的登山題材電影《絕命海拔》在中國内地上映，他在片中飾演準備挑戰珠穆朗瑪峰爲起點的登山家史考特·費舍爾 。
2016年4月8日，主演的劇情片《破碎人生》在北美正式上映，傑克·吉倫哈爾在片中飾演中年投資經紀人戴維斯 ；8月，主演動作片《全境封鎖》 。2017年1月，憑借電影《夜行動物》獲得第70屆英國電影學院獎最佳男主角提名 。3月24日，傑克與麗貝卡·弗格森、瑞安·雷諾茲主演的《異星覺醒》在北美上映 ，同年5月19日該片在中國大陸上映，傑克在片中飾演宇航員大衛·喬丹 ；6月28日，傑克·吉倫哈爾與蒂爾達·斯文頓、莉莉·柯林斯等人合作主演的劇情片《玉子》在Netflix首播，他在片中飾演博士約翰尼·威爾科克斯 ；9月22日，主演的傳記片《堅強》在北美上映，他在片中飾演普通的超市工人傑夫·伯曼 ；其後，參演劇情片《迷失的空戰員》 ；10月26日，憑借《堅強》獲得第21屆好萊塢電影獎最佳男主角獎 ；同年，參演電影《The Anarchists vs ISIS》 。
2018年1月20日，與凱瑞·穆麗根合作主演的劇情片《狂野生活》在聖丹斯電影節上映，在片中飾演珍妮特的丈夫傑瑞·布林森 ；其後，與安塞爾·埃爾格特、贊達亞·科爾曼合作主演犯罪驚悚片《最佳同類》 ；4月5日，主演驚悚片《歡迎來到維也納》 ；5月2日，主演凱瑞·福永執導的傳記片《美國人》 ；9月21日，與傑昆·菲尼克斯、約翰·C·賴利合作出演的西部片《希斯特斯兄弟》上映 ；此外，與本尼迪克特·康伯巴奇共同出演電影《裏約》 ；同年，主演丹麥影片《罪人》的英文翻拍版本，并擔任制片人 。
2019年1月27日，與托妮·科萊特、娜塔莉·戴爾共同主演的驚悚片《天鵝絨圓鋸》在聖丹斯電影節首映，他在片中飾演裝腔作勢的雙性戀藝術評論家莫夫 ∙ 萬德沃特 ；7月2日，與湯姆·赫蘭德合作出演的科幻片《蜘蛛俠：英雄遠征》在北美上映，傑克·吉倫哈爾在片中飾演平行宇宙的穿越者神秘客昆汀·貝克 ；同年，主演HBO電視迷你劇《成功湖》 。
2020年7月，主演驚悚片《雪盲》，他還擔任了該片制片人 ；9月16日，擔任監制的劇情片《神棄之地》上映 ；同年，擔任電影《遺落家庭》的制片人。2021年，主演電影《作戰指揮》 ；5月，宣布參演電影《尋找母親樹》 。
2021年10月1日，與伊桑·霍克主演的電影《罪人》登陸網飛 ；參演紀錄片《解釋一切第三季》。
