Alba chtěla hrát od svých pěti let. Ve dvanácti letech se zúčastnila prvního kurzu herectví. O devět měsíců později s ní podepsal smlouvu herecký agent. Její první filmovou prací byla malá role ve filmu Camp Nowhere z roku 1994. Nejprve byla najata jen na dva týdny, ale nakonec pracovala dva měsíce, protože jiná herečka vypadla.
Alba si v dětství zahrála ve dvou celostátních televizních reklamách. Jedna z nich byla pro společnost Nintendo a druhá pro J.C. Penney. Hrála Jessicu ve třech epizodách komediálního seriálu Nickelodeon Tajný svět Alexe Macka. Alba pak byla Mayou v televizním seriálu Flipper. Její matka byla plavčice a naučila Jessicu plavat dříve, než uměla chodit. Je certifikovanou potápěčkou.
V roce 1998 hrála ve filmu Brooklyn South, ve dvou epizodách seriálu Beverly Hills 90210 a v jedné epizodě seriálu The Love Boat: The Next Wave. Po absolvování střední školy Alba studovala herectví u Williama H. Macyho a jeho manželky Felicity Huffmanové v divadelní společnosti Atlantic Theater Company.
V Hollywoodu se více proslavila v roce 1999 po účinkování v romantické komedii Drew Barrymore Never Been Kissed a jako hlavní ženská postava v komediálním hororu z roku 1999 Idle Hands. Byla vybrána ze skupiny 1200 hereček pro roli geneticky upraveného vojáka, ve sci-fi seriálu stanice FOX Dark Angel. Seriál běžel dvě sezóny od roku 2000 do roku 2002. Alba byla za svou práci v tomto seriálu nominována na Zlatý glóbus. Když Alba trénovala na roli v Temném andělovi, musela hodně cvičit a hladověla. Řekla: "Hodně dívek má poruchy příjmu potravy a já je měla také. Byla jsem tím posedlá." Měla také obsedantně kompulzivní poruchu a záchvaty paniky. Řekla, že si od dvanácti let vařila sama, aby nebyla tak tlustá jako členové její rodiny.
Mezi její nejznámější filmové role patří tanečnice ve filmu Sin City a postava Sue Storm, neviditelné ženy, ve filmu Fantastická čtyřka od Marvelu. Zahrála si také ve filmech Into the Blue v roce 2005 a Good Luck Chuck o několik let později. V roce 2008 si Alba zahrála svou první hororovou roli ve filmu Oko, remaku hongkongského originálu. V únoru hostovala na slavnostním ceremoniálu Akademie filmového umění a věd. Později v tomto roce si zahrála ve filmu The Love Guru.
V roce 2010 se Alba objevila v pěti filmech včetně Little Fockers a The Killer Inside Me. Následující rok se objevila ve filmu Spy Kids 4, pokračování filmu Spy Kids.
