Jessica Capshaw debutó en el mundo de la actuación de lado de su madre, Kate Capshaw, en la película The Locusts (1997), tras lo cual tuvo pequeñas apariciones en series de televisión y un par de películas. Pero su carrera tomó impulso cuando formo parte del elenco principal de la serie de comedia Odd man out entre 1999 y el 2000. Apareció en los filmes Día de venganza (2001) y The Mesmerist (2002), antes de estelarizar el filme Minority report: Sentencia previa (2002), en el cual trabajó por primera vez bajo la dirección de su padrastro, Steven Spielberg. En el 2002 se integró al elenco principal de la serie Los practicantes, donde trabajó hasta su final en el 2004. También tuvo papeles recurrentes en series como Bones, en el 2006, y en The L world al año siguiente. Jessica Capshaw es más reconocida por su papel de la doctora Arizona Robbins en la serie dramática Grey’s Anatomy, a la cual se unió en el 2009.