Jordana Brewster wurde in Panama-Stadt, Panama, als Tochter eines amerikanischen Investmentbankers und eines ehemaligen Fotomodells aus Brasilien, Maria João (geborene Leal de Souza), geboren. Nach ihrer Geburt lebte sie sechs Jahre lang in London, bis sie in die Heimatstadt ihrer Mutter, Rio de Janeiro, zog, wo sie fließend Portugiesisch lernte. Hier erregte sie erstmals die Aufmerksamkeit des brasilianischen Publikums, indem sie die Rolle einer Tänzerin in einer beliebten Kindershow spielte. Im Alter von 10 Jahren zog sie nach New York. Brewster besuchte das Convent of the Sacred Heart und schloss die Professional Children’s School in New York ab. Danach schrieb sie sich an der Yale University ein, die sie 2003 abschloss. Ihr Großvater väterlicherseits, Kingman Brewster Jr., war von 1963 bis 1977 Präsident der Yale University.

Brewster debütierte 1995 mit einer Episodenrolle in der Seifenoper „All My Children“. Kurz darauf erhielt sie die Rolle der Nikki Munson in der Seifenoper „As the World Turns“, die ihr 1997 eine Nominierung für den Soap Opera Digest Award als beste Nachwuchsschauspielerin einbrachte. Parallel zur Arbeit in der Seifenoper nahm Brewster Schauspielunterricht und debütierte 1998 auf der großen Leinwand mit einer der Hauptrollen in dem Teenager-Thriller „The Faculty“. Im folgenden Jahr trat sie in der Miniserie „The Sixties“ auf, verließ bald die Seifenoper und spielte 2001 mit Cameron Diaz in dem Film „The Invisible Circus“.

Der Durchbruch in Brewsters Karriere war die Rolle in dem Film „The Fast and the Furious“ von 2001, kurz danach landete sie regelmäßig auf den oberen Plätzen in Rankings der sexiesten Frauen der Welt. Zusätzliches Medieninteresse an Brewster in dieser Zeit rief ihre Affäre mit Mark Wahlberg hervor. Obwohl der Film großen Erfolg hatte, beschloss sie, ihr Studium fortzusetzen, und war erst 2004 wieder auf der Leinwand zu sehen, als sie in der erfolglosen Komödie „D.E.B.S.“ spielte. Danach spielte sie die Hauptrolle in dem Independent-Drama „Walking Tall“, und 2006 trat sie neben James Franco in dem Film „Annapolis“ auf. Im selben Jahr spielte sie die Hauptrolle in dem Horrorfilm „The Texas Chainsaw Massacre: The Beginning“, dem kommerziell erfolgreichsten Projekt, in dem sie eine Hauptrolle spielte.

2007 unternahm Brewster einen Versuch, mit der Hauptrolle in dem Pilotfilm „Mr. and Mrs. Smith“ für ABC, basierend auf dem gleichnamigen Film mit Angelina Jolie, zum Fernsehen zurückzukehren. Der Pilot hatte ein enormes Budget, doch der Sender entschied sich, ihn nicht für die weitere Ausstrahlung zu bestellen. Brewster war anschließend Gaststar in mehreren Episoden der Serie „Chuck“ und kehrte danach zu ihrer Rolle im „Fast & Furious“-Franchise zurück. Sie spielte in den Filmen „Fast & Furious – Neues Modell. Originalteile.“ (2009), „Fast & Furious Five“ (2011), „Fast & Furious 6“ (2013) und „Fast & Furious 7“ (2015).