Jeffrey Donovan nasceu em Amesbury, Massachusetts, filho da mãe solteira Nancy Matthews. Nancy criou ele e dois de seus irmãos, apesar de ter problemas para sustentar financeiramente a si mesma e sua família. Segundo informações, eles viviam com assistência social, tinham problemas para pagar contas de luz e frequentemente se mudavam para uma nova residência. Donovan estimou que eles se mudaram 10 vezes durante sua infância. Ele e seus irmãos foram ensinados a viver frugalmente.
Uma professora chamada Patricia Hoyt serviu como mentora de Donovan e o ajudou a estabelecer um clube de teatro. Com sua ajuda, Donovan recebeu uma bolsa de estudos particular que lhe permitiu continuar seus estudos. Donovan iniciou seus anos de faculdade na Bridgewater State University, em Bridgewater, Massachusetts. Mais tarde, ele se transferiu para a Universidade de Massachusetts Amherst, de onde se formou com um bacharelado em artes dramáticas. Ele continuou seus estudos na Escola de Artes Tisch, em Nova York, de onde se formou com um Master of Fine Arts.
Durante seus anos de faculdade, Donovan se interessou por artes marciais. Inicialmente, ele teve aulas de karatê Shotokan, onde acabou ganhando faixa-preta. Mais tarde, ele também teve aulas de aikido e jiu-jitsu brasileiro.
Donovan teve seus primeiros papéis no cinema e na televisão em 1995, mas teve papéis menores. Seu primeiro papel importante na televisão foi o personagem principal David Creegan na série de drama policial Touching Evil (2004). A premissa da série era que Keegan é um investigador do FBI que foi despojado de seu controle de impulso e sentimento de vergonha após um ferimento quase fatal. Ele estava disposto a fazer qualquer coisa para impedir criminosos cruéis, incluindo cometer seus próprios crimes de vigilante. A série durou apenas uma única temporada de 12 episódios.
Donovan ganhou outro papel principal na série de ação Burn Notice (2007), onde interpretou o personagem principal Michael Westen. A premissa da série era que Westen costumava ser um agente de inteligência profissional até ser inexplicavelmente incluído na lista negra, sem dinheiro e contatos e forçado a permanecer em sua cidade natal, Miami, Flórida, até novo aviso. A série fez com que ele trabalhasse como investigador particular não licenciado, enquanto investigava secretamente quem orquestrou sua queda. A série durou 111 episódios e também incluiu um filme derivado chamado Burn Notice: The Fall of Sam Axe (2011). Donovan dirigiu o filme, mas não estava entre o elenco principal.
Donovan teve um papel recorrente como mafioso Dodd Gerhardt na segunda temporada da série antológica Fargo (2014). A temporada se passa em 1979, no meio-oeste dos Estados Unidos. A premissa da temporada é que a família Gerhardt é o mais poderoso sindicato do crime em Fargo, Dakota do Norte, mas está enfrentando uma concorrência interna pela posição de liderança e ameaças externas. Dodd é um dos personagens que disputam a liderança.
Donovan continua sua carreira como personagem principal Charlie Haverford na série Shut Eye (2016). A premissa é que Haverford é um vigarista profissional, posando como cartomante e psíquico. Mas ele começa a experimentar visões genuínas e sua vida está mudando.
