Джейн Линч родилась 14 июля 1960 года в Эвергрин-Парке, выросла в Долтоне (Иллинойс), она дочь банкира Фрэнка Линч и домохозяйки Айлин Линч (урождённой Карни). Её отец имеет ирландские корни, а мать ирландские и шведские корни. Она была воспитана в католической вере и училась в школе Thornridge. Линч получила степень бакалавра в университете штата Иллинойс и степень магистра в Корнеллском университете.
Джейн Линч начала карьеру в составе комедийной труппы «The Second City». Она была сценаристом и исполнительницей главной роли в получившей благоприятные отзывы пьесе «О, сестра, моя сестра» («Oh Sister, My Sister»).
С 1988 года Джейн Линч сыграла более 200 ролей в кино и на телевидении. Она появлялась в сериалах «Женаты... с детьми», «Третья планета от Солнца», «Девочки Гилмор», «Бухта Доусона», «Лучшие», «Секретные материалы», «Детектив Монк», «Друзья», «Отчаянные домохозяйки», «Меня зовут Эрл», «Мыслить как преступник», «Удивительная миссис Мейзел», фильмах «Сорокалетний девственник», «Взрослая неожиданность», «Элвин и бурундуки», «Пол», «Весенний отрыв», «Джули и Джулия: Готовим счастье по рецепту», «Ещё одна история о Золушке» и других.
Наибольшую известность актрисе принесли роли доктора Линды Фриман в ситкоме «Два с половиной человека» (2004—2014), Джойс в «Сексе в другом городе» (2005—2009) и Сью Сильвестр в сериале «Хор» (2009—2015).
13 сентября 2011 года в США вышла книга Джейн Линч «Happy Accidents». Она также была ведущей 63 церемонии вручения Прайм-тайм премии «Эмми». В сентябре 2013 года получила именную звезду на Аллее Славы в Голливуде.
Линч получила восторженные отзывы критиков за роль Сью Сильвестр в телесериале «Хор» (2009—2015). Мэри Макнамара из журнала «Los Angeles Times» написала: «Линч в этом сериале потрясающая, от неё невозможно оторвать глаз».
С 15 мая по 14 июля 2013 года Джейн Линч заменяла Кэти Финнеран, играв в мюзикле «Энни».
Исполняла главные роли в ситкомах «Мастера вечеринок» (2009—2010) и «Ангел из ада» (2016).
В 2017 году сыграла Дженет Рино в телесериале «Охота на Унабомбера».
Личная жизнь Линч — открытая лесбиянка, в 2005 году она была названа журналом Power Up одной из «10 удивительных женщин в шоу-бизнесе». Линч женилась на психологе Ларе Эмбри 31 мая 2010 года в Сандерленде, Массачусетс, с которой она впервые встретилась за год до свадьбы на благотворительном вечере в Сан-Франциско. В июне 2013 года Линч объявила, что она и Эмбри разводятся после трёх лет брака. Бракоразводный процесс был завершён в январе 2014 года. Линч глуха на правое ухо.