Jennifer Carpenter est née le 7 décembre 1979 à Louisville (kentucky, USA). Passionnée de comédie, elle entre au conservatoire avant d'intégrer la Julliard School de New York. Elle fait ses débuts sur les planches au Walden Theatre et joue par la suite à Broadway dans
Les Sorcières de Salem, où elle donne notamment la réplique à Liam Neeson et Laura Linney.
Elle commence sa carrière devant la caméra en 2002 dans le film
People Are Dead, de Kevin Ford et enchaîne des apparitions dans d'autres longs-métrages du même acabit.
On la retrouve en 2004 au cinéma dans
FBI : Fausses Blondes Infiltrées, des frères Wayans et elle côtoie Kristen Bell, autre future star du petit écran, dans
Last Days in America, de Kevin Ford (2005).
La même année, sa carrière connaît un pic au cinéma puisqu'elle tient le rôle titre du film
L'Exorcisme d'Emily Rose, de Scott Derrickson. Une première consécration suivie par l'obtention d'un rôle d'importance dans une nouvelle série dénommée
Dexter en 2006. Jennifer Carpenter incarne la sœur du héros
serial killer, Debra Morgan. L'actrice se marie d'ailleurs avec l'interprète de Dexter, Michael C. Hall, le 31 décembre 2008.
Parallèlement à son rôle dans la série à succès, la comédienne apparaît au cinéma notamment dans
Bataille à Seattle, de Stuart Townsend (2007) et
En Quarantaine, de John Erick Dowdle (2008), le remake américain de
REC.