Un attore statunitense. Il figlio del regista Stephen Gyllenhaal e della sceneggiatrice Naomi Foner, Gyllenhaal iniziò a recitare all'età di dieci anni. Dopo il suo primo ruolo da protagonista nel cielo di ottobre del 1999, ha recitato nelle indie cult hit Donnie Darko (2001), nel quale ha interpretato un adolescente turbato psicologicamente al fianco di sua sorella, l'attrice Maggie Gyllenhaal. Nel 2002, ha recitato in un altro film indie, la brava ragazza, a fianco dell'attrice Jennifer Aniston. Nel 2004, è apparso nel film di fantascienza The Day After Tomorrow, raffigurante uno studente colto in un evento catastrofico di raffreddamento globale.

Gyllenhaal poi giocato contro tipo come un Marine frustrato in Jarhead (2005). Lo stesso anno, il ruolo di Jack Twist in Brokeback Mountain critica gli valse riconoscimenti e nomination all'Academy Award per miglior attore non protagonista. Egli ha svolto fin dall'inizio i ruoli da protagonista in molti film importanti, tra cui Zodiac (2007), Prince of Persia: le sabbie del tempo (2010), amore e altre droghe (2010), codice sorgente (2011) ed End of Watch (2012).

Nacque a Los Angeles, il figlio del regista Stephen Gyllenhaal e produttrice cinematografica e sceneggiatrice Naomi Foner Gyllenhaal. Maggie Gyllenhaal, sua sorella maggiore e anche un'attrice, è apparso con Jake nel film Donnie Darko. Padre di Gyllenhaal, fu allevato come un Swedenborg, è di origine svedese e inglese ed è un discendente della nobile famiglia Gyllenhaal svedese. Ultimo nativo svedese antenato di Jake era suo bis-bisnonno, Anders Leonard Gyllenhaal. Madre di Jake Gyllenhaal viene da una famiglia ebraica di New York City, e Gyllenhaal ha detto che egli considera "ebreo più di ogni altra cosa." Il suo tredicesimo compleanno, Gyllenhaal ha eseguito un "barmitzvah-come atto, senza gli ornamenti tipici", volontariato presso un rifugio di senzatetto, perché volevano che i suoi genitori a instillare in lui un senso di gratitudine per il suo stile di vita privilegiato. i suoi genitori hanno insistito che egli lavori estivi per sostenere se stesso e ha lavorato così come bagnina e come un aiuto cameriere in un ristorante gestito da un amico di famiglia.