1991年，杰克·吉伦哈尔在西部喜剧片《城市乡巴佬》中饰演比利·克利斯托的儿子，这也是他出演的首部电影作品  。1993年，与姐姐玛吉·吉伦哈尔出演电影《危险的情人》。1998年，出演史蒂芬·吉伦哈尔执导的喜剧片《王牌追杀令》。

1999年2月19日，与克里斯·库珀搭档主演的励志片《十月的天空》上映，在片中饰演煤矿监工约翰·希克曼的儿子霍纳·希克曼，他凭借该片获得了青少年选择奖、青年艺术家奖、青年明星奖突破表演奖的提名  。2001年，主演科幻悬疑片《死亡幻觉》，杰克在片中饰演青春期少年东尼，他也凭借该片获得第17届独立精神奖最佳男主角提名  。

2002年1月12日，与詹妮弗·安妮斯顿搭档主演的剧情片《好女孩》在美国上映，他在片中饰演在购物中心上班的年轻收银员与霍尔顿  ；3月26日，与杰瑞德·莱托合作主演的剧情片《高速惊魂》上映，他在剧中饰演杰克的朋友Pilot；10月4日，与达斯汀·霍夫曼、苏珊·萨兰登主演爱情片《让爱自由》；同年，与海登·克里斯滕森、安娜·帕奎因主演舞台剧《This Is Our Youth》，他则凭借该舞台剧获得了伦敦标准晚报戏剧奖杰出新人奖  。2004年，杰克·吉伦哈尔在罗兰·艾默里奇执导的灾难片《后天》中饰演杰克·霍尔的儿子  ，他则凭借该片入围爱尔兰电视电影奖最佳国际演员奖。

2005年9月16日，杰克·吉伦哈尔与格温妮斯·帕特洛、安东尼·霍普金斯联袂主演的爱情片《证据》上映，杰克在片中饰演罗伯特生前的学生哈尔  ；10月，杰克获得第9届好莱坞电影奖突破男演员奖  ；12月9日，杰克·吉伦哈尔主演的爱情片《断背山》上映，杰克·吉伦哈尔在片中饰演骑术高超的牛仔杰克·崔斯特  ；同年，杰克还主演了萨姆·门德斯执导的战争片《锅盖头》。2006年，杰克·吉伦哈尔凭借《断背山》获得第78届奥斯卡金像奖最佳男配角提名  、以及第59届英国电影和电视艺术学院奖电影奖最佳男配角奖  ，并获得第15届MTV电影奖最佳吻戏、最佳表演奖  。

2007年3月2日，与小罗伯特·唐尼、马克·鲁法洛联袂主演的犯罪悬疑片《十二宫》上映，在片中饰演害羞内向的漫画家罗伯特·格雷史密斯  ；10月19日，与瑞茜·威瑟斯彭、梅丽尔·斯特里普、艾伦·阿金等人合作主演的惊悚片《反恐疑云》在美国上映。2009年12月4日，杰克·吉伦哈尔与娜塔莉·波特曼、托比·马奎尔联合主演的剧情片《兄弟》上映，他在片中饰演汤姆的弟弟汤米，并凭借此片获得第12届青少年选择奖最佳剧情电影男演员的提名  。

2010年5月28日，主演的爱情奇幻片《波斯王子：时之刃》在北美、中国内地同步上映，杰克·吉伦哈尔在片中饰演勇敢富有创造力、令人尊敬的达斯坦王子  ；11月24日，与安妮·海瑟薇搭档主演的爱情喜剧片《爱情与灵药》在北美上映，他在片中饰演药品销售员杰米·兰德尔  ；12月，杰克·吉伦哈尔获得第68届美国电影金球奖音乐喜剧类最佳男主角提名  。

2011年4月1日，与米歇尔·莫纳汉、维拉·法米加合作主演的科幻片《源代码》在北美上映，在片中饰演美军上尉史蒂文斯  ；6月，参加Discovery频道《荒野求生》节目录制，与主持人贝尔·格里尔斯置身于冰岛荒天野地外  ；同年，获得第37届人民选择奖最受欢迎动作明星奖提名  。

2012年2月，杰克·吉伦哈尔担任第62届柏林国际电影节评委  ；9月21日，与迈克尔·佩纳、安娜·肯德里克联袂主演的犯罪剧情片《警戒结束》在北美正式上映，他在片中饰演代号13X13的二级警官布莱恩·泰勒  ，他也凭借该片获得第39届人民选择奖最受欢迎剧情片男演员提名  ；12月，杰克·吉伦哈尔获得第18届评论家选择奖最佳动作片男演员提名  。

2013年9月8日，在悬疑片《宿敌》中分别饰演教师亚当和演员安东尼  ；9月20日，与休·杰克曼搭档主演的犯罪惊悚片《囚徒》上映，他在片中饰演警探罗基  ；10月，凭借电影《囚徒》获得第17届好莱坞电影奖年度男配角奖  ；同年，凭借电影《宿敌》获得第34届加拿大吉尼奖最佳男主角提名。

2014年10月31日，主演的犯罪惊悚片《夜行者》在北美上映，杰克·吉伦哈尔在片中饰演一位报道犯罪事件的记者卢·布鲁姆  ；他也凭借该片获得了美国金球奖  、英国电影学院奖、美国演员工会奖等奖项的最佳男主角提名。2015年2月10日，与杰西卡·贝尔、詹姆斯·麦斯登联袂主演的爱情喜剧片《意外的爱情》在美国上映，杰克·吉伦哈尔在片中饰演国会议员霍华德·伯德威尔  ；5月，担任第68届戛纳国际电影节评委，且是里面唯一一位男演员  ；7月31日，与瑞秋·麦克亚当斯搭档主演的拳击题材电影《铁拳》在北美上映，在片中饰演的拳王比利，因被剥夺了女儿的抚养权，为了重新取得女儿的抚养权，比利积极恢复训练想要再度夺魁  ；11月3日，与杰森·克拉克、乔什·布洛林联合主演的登山题材电影《绝命海拔》在中国内地上映，他在片中饰演准备挑战珠穆朗玛峰为起点的登山家史考特·费舍尔  。

2016年4月8日，主演的剧情片《破碎人生》在北美正式上映，杰克·吉伦哈尔在片中饰演中年投资经纪人戴维斯  ；8月，主演动作片《全境封锁》  。2017年1月，凭借电影《夜行动物》获得第70届英国电影学院奖最佳男主角提名  。3月24日，杰克与丽贝卡·弗格森、瑞安·雷诺兹主演的《异星觉醒》在北美上映  ，同年5月19日该片在中国大陆上映，杰克在片中饰演宇航员大卫·乔丹  ；6月28日，杰克·吉伦哈尔与蒂尔达·斯文顿、莉莉·柯林斯等人合作主演的剧情片《玉子》在Netflix首播，他在片中饰演博士约翰尼·威尔科克斯  ；9月22日，主演的传记片《坚强》在北美上映，他在片中饰演普通的超市工人杰夫·伯曼  ；其后，参演剧情片《迷失的空战员》  ；10月26日，凭借《坚强》获得第21届好莱坞电影奖最佳男主角奖  ；同年，参演电影《The Anarchists vs ISIS》  。

2018年1月20日，与凯瑞·穆丽根合作主演的剧情片《狂野生活》在圣丹斯电影节上映，在片中饰演珍妮特的丈夫杰瑞·布林森  ；其后，与安塞尔·埃尔格特、赞达亚·科尔曼合作主演犯罪惊悚片《最佳同类》  ；4月5日，主演惊悚片《欢迎来到维也纳》  ；5月2日，主演凯瑞·福永执导的传记片《美国人》  ；9月21日，与杰昆·菲尼克斯、约翰·C·赖利合作出演的西部片《希斯特斯兄弟》上映  ；此外，与本尼迪克特·康伯巴奇共同出演电影《里约》  ；同年，主演丹麦影片《罪人》的英文翻拍版本，并担任制片人  。

2019年1月27日，与托妮·科莱特、娜塔莉·戴尔共同主演的惊悚片《天鹅绒圆锯》在圣丹斯电影节首映，他在片中饰演装腔作势的双性恋艺术评论家莫夫 ∙ 万德沃特  ；7月2日，与汤姆·赫兰德合作出演的科幻片《蜘蛛侠：英雄远征》在北美上映，杰克·吉伦哈尔在片中饰演平行宇宙的穿越者神秘客昆汀·贝克  ；同年，主演HBO电视迷你剧《成功湖》  。

2020年7月，主演惊悚片《雪盲》，他还担任了该片制片人  ；9月16日，担任监制的剧情片《神弃之地》上映  ；同年，担任电影《遗落家庭》的制片人。2021年，主演电影《作战指挥》  ；5月，宣布参演电影《寻找母亲树》  。

2021年10月1日，与伊桑·霍克主演的电影《罪人》登陆网飞  ；参演纪录片《解释一切第三季》。