Il suo nome ha sempre fatto pensare erroneamente che fosse francese, ma la Bisset è nata e cresciuta in Inghilterra. Grazie alla sua bellezza, nel 1967 Jacqueline Bisset ottiene una piccola parte in Cul de sac di Roman Polanski e viene scelta per affiancare David Niven e Orson Welles in James Bond 007 - Casino Royale.
Negli anni '70 lavora con i più grandi registi del cinema - basti fare il nome di François Truffaut, che la dirige nel 1972 in Effetto notte, e che le regala l'immagine di attrice seria e impegnata - e in cast stellari come quelli di Assassinio sull'Orient Express, dove recita al fianco di Sean Connery, Lauren Bacall, Anthony Perkins e Ingrid Bergman, La donna della domenica con Marcello Mastroianni e Jean-Louis Trintignant e Ormai non c'è più scampo con Paul Newman.
Nel 1977 viene nominata "l'attrice più bella di tutti i tempi" dal magazine Newsweek grazie al film Abissi, in particolar modo per via delle scene che la vedono nuotare sott'acqua, e che lanceranno la moda della "maglietta bagnata" nel mondo. Dopo aver recitato in Ricche e famose (1981) la Bisset ottiene anche il favore della stampa statunitense che inizia a considerarla un'attrice seria e preparata.
Tra i riconoscimenti ottenuti nella sua lunga carriera ci sono le nomination ai Golden Globe per L'onda lunga (1968), Qualcuno sta uccidendo i più grandi cuochi d'Europa (1978), Sotto il vulcano (1984) e per il film tv Giovanna d'Arco (1999), nonché un César award, l'equivalente francese dell'Oscar, per Il buio nella mente (1995) di Claude Chabrol. Più recentemente ha recitato in Mr. & Mrs. Smith (in fase di montaggio la scena è stata tagliata), ha partecipato come guest-star a due episodi della celebre serie tv Ally McBeal, ha vestito i panni di Sophie Wynn nel bio-pic Domino ed è comparsa in Il concerto di Radu Mihaileanu e in Welcome to New York di Abel Ferrara.
Inoltre negli ultimi anni ha recitato in Doppio amore (2017) di Ozon, Giochi di potere (2018) di Per Fly e La doppia vita di Madeleine Collins (2021) di Antoine Barraud.