Jessica Walter a obtenu son premier rôle au début des années 1960, dans le feuilleton télévisé Love of Life.

Elle est principalement connue pour son rôle dans le film sorti en 1971 Play Misty for Me, dans lequel elle jouait une femme psychotique et attirante espionnant un disc-jockey (interprété par Clint Eastwood). 

Elle a égalemment joué dans des films tels que Lilith, Grand Prix, The Group, Bye Bye Braverman, ainsi que Number One.

Tous ces films ont été tournés avant 1975 et depuis, Walter a poursuivi une carrière davantage axée sur des rôles dans des séries télé.

Son plus récent rôle est celui de Lucille Bluth dans la série culte de FOX, Arrested Development.

Elle est mariée à l'acteur Ron Leibman. Elle joue actuellement dans le Spin Off de Bervely Hills,  appelé 90210, où elle incarne le personnage de Tabitha Mills.