Jean Marie Donnell nacque in un riformatorio del Maine, da una madre insegnante di scuola e da un padre penalista. Sin da piccola prese lezioni di piano e di danza, avvicinandosi così al mondo dello spettacolo. A 19 anni contrasse il primo dei suoi quattro matrimoni e iniziò a lavorare per il cinema con lo pseudonimo di Jeff Donnell, nome preso dalla strip comica Mutt and Jeff.
Il suo aspetto sbarazzino e una certa aria da "maschiaccio" le aprirono le porte del cinema di serie B, dove ricoprì spesso il ruolo della fidanzata tutto pepe. Tra i suoi film si ricordano commedie quali Mia sorella Evelina (1942), il suo film d'esordio, e Addio vent'anni (1945) di Charles Vidor. Le sue incursioni nel cosiddetto cinema di serie A furono frequenti, ma non riuscì mai ad ottenere il ruolo della protagonista, anche se da comprimaria lavorò comunque a film quali Gardenia blu (1953), uno dei capolavori noir della carriera americana di Fritz Lang, e Il diritto di uccidere (1950), firmato da Nicholas Ray.
Sul fronte privato condusse un'esistenza turbolenta, con quattro matrimoni falliti (il secondo, dal 1954 al 1956) con l'attore Aldo Ray), due figli avuti dal primo marito e diversi aborti spontanei. Nel 1975 divorziò per l'ultima volta, dopo essere stata sposata per appena un anno. Dagli anni sessanta iniziò a dedicarsi sempre più alla televisione e meno al cinema, tanto che è maggiormente ricordata per il suo ruolo in General Hospital che per gli altri suoi film. Jeff Donnell lavorò nella popolare soap opera dal 1979 al 1988, anno della sua morte. Già sofferente di diversi malanni, fra cui la malattia di Addison, morì nell'aprile 1988 per un attacco di cuore, all'età di 66 anni.