Mansfield gifte sig som 16-åring och födde sitt första barn året därpå. Hon gick på teaterskola vid University of Texas och sedan vid UCLA; hennes mål var att bli filmstjärna. Hon vann en del mindre skönhetstävlingar före filmdebuten 1955. Hon fick sitt genombrott på Broadway senare samma år, iklädd endast en badhandduk, i pjäsen Flickan rår inte för det, en framgång hon sedan upprepade på filmduken.
Hon betraktades som en sexsymbol under sin Hollywood-karriär på 1950- och 1960-talen. Hon var även hyllad som bystdrottning.
År 1958 gifte hon sig med muskelknutten Mickey Hargitay. I äktenskapet föddes tre barn, och ett av barnen är skådespelaren Mariska Hargitay, känd från tv-serien Law & Order: Special Victims Unit. Paret skilde sig 1964. I sitt tredje äktenskap (1964-1966) med regissören Matt Cimber fick Jayne ytterligare ett barn.
1963 blev Mansfield den första amerikanska mainstreamfilmstjärna som visade sig naken på ljudfilm i Promises! Promises!.[1]
Den 22 maj 1967 uppträdde Jayne Mansfield på Gröna Lund i Stockholm. Björn Vinberg i tidningen Expressen skrev en recension: "Damen lyckades inte träffa en ton rätt i de sånger hon framförde. Hennes sätt att vara på scenen tydde endast på ett stort Marilyn Monroe-komplex. Tillställningen var beklämmande. Visst skrattade vi, som var publik, men det var ett beklämt, generat skratt. Vi tyckte synd om Jayne."[2]
Hon var på väg till ett TV-framträdande i New Orleans då hon omkom i en bilolycka. Olyckan ägde rum runt klockan 14:25, 29 juni 1967, i ett träskområde vid Highway 90, strax öster om staden. Chauffören körde rakt in i en lastbil, som saktat in på grund av ett besprutningsfordon, och gled in under lastbilssläpet. Mansfield, hennes advokat Sam Brodie samt den 20-årige chauffören Ronnie Harryson dödades omedelbart, och tre av hennes barn som var passagerare i bilen (bland dem Mariska Hargitay) skadades.[3]