Urodziła się 3 marca 1911 w Kansas City jako Harlean Harlow Carpenter, córka Mont Clair Carpentera, z zawodu dentysty, i jego żony, Jean Poe Carpenter (nazwisko panieńskie Harlow). Ich małżeństwo zostało zaaranżowane przez ojca Jean. Carpenter, inteligentna i silna kobieta była bardzo nieszczęśliwa w związku z mężczyzną, którego nie kochała. Harlean, nie znająca ubóstwa i biedy, mieszkała z rodzicami w dużym domu w Kansas City. 

Jako jedyna wnuczka szybko została pieszczotliwie nazwana Dziecinką, The Baby - pseudonim ten pozostał z nią do końca życia. Matka poświęciła całą swą uwagę na wychowanie córki. W 1922 państwo Carpenter rozwiedli się. Po tym wydarzeniu Harlean spotkała swego ojca tylko raz.

W 1923 razem z matką przeprowadziły się do Hollywood, jednak z powodu problemów finansowych marzenia Jean o stworzeniu z córki aktorki początkowo nie udawały się. Matka i córka zmuszone były do powrotu do rodzinnego miasta. Latem 1925 dziadek wysłał wnuczkę na Obóz Cha-Ton-Ka w Michigamme, gdzie zachorowała na szkarlatynę.

Od tamtego czasu Harlean uczęszczała do Ferry Hall School w Lake Forest, gdzie w wieku 15 lat dzięki koleżance poznała 19-letniego Charlesa "Chucka" McGrew, młodego biznesmena, którego poślubiła mając 16 lat. Krótko po zawarciu małżeństwa, młoda para przeprowadziła się do Los Angeles, gdzie Harlean poznała początkującą aktorkę, Rosalie Roy. Nie dysponująca samochodem Rosalie poprosiła Harlean o podwiezienie jej do Fox Studios, gdzie miała umówione spotkanie. To właśnie wtedy, czekająca na przyjaciółkę Harlean została zauważona przez kierowników wytwórni. 

Pierwszy film w którym zagrała Harlean już pod pseudonimem Jean Harlow nosił tytuł "Honor Bound", a wynagrodzenie młodej aktorki wynosiło 7 dolarów dziennie. Udział w tym filmie poprowadził do przyjęcia kolejnych, choć ciągle mało znaczących ról. W 1929 udało jej się otrzymać lepsze role w "Double Whoopee" i "The Saturday Night Kid". W tym samym czasie rozstała się z mężem.

W 1929 została zauważona przez Jamesa Halla, aktora grającego w filmie Howarda Hughesa "Aniołowie Piekieł" ("Hell's Angels"). Hughes szukał nowej aktorki. Po spotkaniu z Harlow podpisał z nią 5-letni kontrakt. Premiera "Hell's Angels" miała miejsce w Hollywood, 27 maja 1930. Choć krytycy nie byli zbyt przychylni, rola okazała się sensacją. Przed 19-letnią Jean było siedem lat oszałamiającej kariery.

W 1931 Harlow została "wypożyczona" do innych wytwórni, zagrała wtedy w znanym filmie gangsterskim "Wróg Publiczny nr 1" ("The Public Enemy"), czym zyskała coraz większą popularność. W tym samym roku zagrała w filmach takich jak "Goldie", "Tajemnicza Szóstka" i "Platynowa Blondynka" ("Platinum Blonde"). Hughes przekonał producentów filmu "Platynowa Blondynka" na zmianę z oryginalnego tytułu - "Gallagher", aby promować wizerunek Harlow. 

W 1931 Howard Hughes wysłał swoją podopieczną na wschodnie wybrzeże. Ku zaskoczeniu wszystkich, każdy teatr w którym pojawiła się Harlean zyskiwał na popularności i gromadziły się w nim tłumy fanów młodej aktorki. Mimo niepochlebnych recenzji popularność Harlow urosła do takiej rangi, że pobyt Jean na wschodzie przedłużono do 1932. Wiele fanek aktorki farbowało włosy na platynowy blond, pragnąc jak najbardziej upodobnić się do swojej idolki. Chcąc skorzystać z zaistniałej sytuacji, Hughes zorganizował serię "Platynowych Blondynek", klubów w całych Stanach Zjednoczonych z nagrodą równą 10 tysięcy dolarów dla każdej kobiety, która zbliży się do blasku Jean Harlow.

Producent MGM Paul Bern, widząc jak wielką sympatią cieszy się Harlow, starał się namówić Louisa B. Mayera na wykupienie aktorki do MGM. Jednak Mayer nie widział w tej transakcji żadnych korzyści, ponadto nie podobał mu się wizerunek Harlow. Bern zaczął wtedy namawiać swojego dobrego przyjaciela, Irvinga Thalberga, innego producenta MGM, do podpisania kontraktu z Jean. Po długich namowach Thalberg zgodził się i 3 marca 1932, w 21 urodziny Harlean, Bern zadzwonił do niej z wiadomością o "wykupieniu" jej do MGM. Wytwórnia zapłaciła 30 tysięcy dolarów Hughesowi i Jean Harlow rozpoczęła oficjalną współpracę z Metro-Goldwyn-Mayer. Wkrótce wyszła za mąż za Paula Berna. 

MGM było miejscem gdzie stała się gwiazdą już od pierwszego filmu "Żona z drugiej ręki" ("Red-Headed Woman"), za który tygodniowo otrzymywała 1250 dolarów, kolejnym filmem, który od razu stał się hitem był "Red Dust" - w obu partnerował jej Clark Gable. Duet Harlow-Gable zapewniał natychmiastową popularność każdemu projektowi, w którym się pojawili. Popularność i sława Harlow ciągle rosła, a jej nazwisko zaczęto wykorzystywać do przedstawiania szerszej publiczności początkujących aktorów takich jak Robert Taylor czy Franchot Tone.

Podczas kręcenia filmu "Red Dust" Paul Bern został odnaleziony martwy w ich wspólnym domu. Pojawiły się plotki jakoby Jean sama zamordowała męża, jednak sekcja zwłok wyjaśniła, że było to samobójstwo. Tak czy tak skandal spowodował, że popularność Jean Harlow jeszcze wzrosła.

Po śmierci Berna Harlow zaczęła romansować z bokserem Maxem Baerem. Mimo że był w separacji ze swoją żoną, Dorothy Dunbar, Harlow stała się przyczyną kolejnego skandalu, co mogłoby się odwrócić przeciwko niej i wytwórni. Pamiętając sprawę dotyczącą śmierci Berna, MGM w 1933 zaaranżowano ślub pomiędzy Jean a kinematografem, Haroldem Rossonem. W 1934 wzięli rozwód.

Po hitach "Red Dust" i "W Twoich Ramionach" ("Hold Your Man") duet Harlow-Gable pojawił się na ekranie ponownie: w filmie "Chińskie Morza" ("China Seas", 1935) i "Żona czy Sekretarka" ("Wife vs. Secretary", 1936). W połowie lat 30. Jean była największą gwiazdą w Ameryce i główną kobiecą aktorką w MGM. Wciąż była młodą dziewczyną której popularność rosła z dnia na dzień, podczas gdy sława innych aktorek, takich jak Greta Garbo, Joan Crawford czy Norma Shearer, gasła.

Po zakończeniu swojego trzeciego małżeństwa, w 1934 Harlow zakochała się w Williamie Powellu, także popularnym aktorze MGM. Pozostawali w szczęśliwym związku aż do jej przedwczesnej śmierci.

W 1937 Harlow przeszła ciężką grypę. Mimo że wróciła do zdrowia, jej organizm był bardzo osłabiony, wkrótce wykryto u niej także chorobę nerek. Podczas badań okazało się, że zapoczątkowała je najprawdopodobniej szkarlatyna, na którą chorowała, będąc nastolatką.

Wiosną 1937 Harlow rozpoczęła pracę nad filmem "Saratoga", w którym ponownie towarzyszył jej Clark Gable. Jak się okazało, był to jej ostatni film. 29 maja 1937 roku Jean doznała zapaści na planie filmu i została przewieziona do szpitala, gdzie zdiagnozowano u niej mocznicę. Zawieziono ją do domu, gdzie przez kolejnych osiem dni zapewniano jej najlepszą opiekę medyczną, jednak jej stan ciągle się pogarszał. 6 czerwca została przewieziona do szpitala. Zmarła następnego dnia o 11:35. Miała 26 lat.

Urządzono jej widowiskowy pogrzeb. Jeanette MacDonald i Nelson Eddy zaśpiewali piosenkę "Oh, Sweet Mystery of Life". Nie zabrakło również bankietu i orkiestry. Harlow spoczywa w Forest Lawn Memorial Park w Los Angeles, w prywatnej krypcie, na której wyryto inskrypcję Our Baby. Została pochowana w kostiumie, który miała na sobie podczas kręcenia zdjęć do filmu "Saratoga". W dłoniach trzymała białą gardenię, a przy niej liścik zawierający jedno zdanie: Dobranoc, Moja Najdroższa.

Po 47 latach obok Jean spoczął jej ukochany William Powell.