Впервые на Бродвее Джейн Уайатт появилась в качестве дублёра Роуз Хобарт в постановке «Пассат». За свою игру на сцене она получила хорошие отзывы критиков и вскоре решила заняться кинокарьерой, подписав в 1934 году контракт с Universal Pictures.
Успех к ней пришёл в 1937 году, после того как она исполнила роль Сондры Бизот в фильме «Потерянный горизонт». Другие её примечательные роли были в фильмах «Только одинокое сердце» (1944), «Бумеранг!» (1947) и «Джентльменское соглашение» (1947). В начале 1950-х годов её кинокарьера резко пошла на спад, из-за того что Уайатт активно выступала против политики сенатора Джозефа Маккарти. В 1950-е годы она перестала появляться на большом экране и вернулась на театральные сцены Нью-Йорка.
С середины 1950-х годов актриса начала свою карьеру на телевидении, где стала наиболее известной за роль Маргарет Андерсон в сериале «Отцу виднее», в котором снималась с 1954 по 1960 год. Эта роль принесла Джейн Уайатт три премии «Эмми» в номинации лучшая актриса в телесериале. Также заметной стала её роль Аманды Грейсон в одном из эпизодов сериала «Звёздный путь». В 1986 году она исполнила эту роль в фильме «Звёздный путь 4: Путешествие домой», снятом по мотивам сериала. Актриса продолжила свою карьеру на телевидении до середины 1990-х годов, снявшись за это время в сериалах «Лодка любви», «Остров фантазий», «Сент-Элсвер», «Отель» и некоторых других.
После 1996 года Джейн Уайатт больше не снималась. Она уединилась вместе с мужем Эдгаром Бедханом в пригороде Лос-Анджелеса Бел-Эйр, где и умерла 20 октября 2006 года в возрасте 96 лет.