Alba ingin berakting sejak berusia lima tahun. Dia mengambil kelas akting pertamanya pada usia dua belas tahun. Seorang agen akting mengontraknya sembilan bulan kemudian. Pekerjaan film pertamanya adalah peran kecil dalam film Camp Nowhere tahun 1994. Pada awalnya, dia hanya dipekerjakan selama dua minggu tetapi akhirnya bekerja selama dua bulan karena aktris lain keluar.
Alba membintangi dua iklan televisi nasional ketika dia masih kecil. Salah satunya adalah untuk Nintendo dan yang lainnya untuk J.C. Penney. Dia berperan sebagai Jessica dalam tiga episode serial komedi Nickelodeon The Secret World of Alex Mack. Alba kemudian menjadi Maya dalam serial televisi Flipper. Ibunya adalah seorang penjaga pantai dan telah mengajari Jessica berenang sebelum dia bisa berjalan. Dia adalah penyelam scuba bersertifikat.
Pada tahun 1998, ia berakting di Brooklyn South, dalam dua episode Beverly Hills, 90210 dan dalam sebuah episode The Love Boat: The Next Wave. Setelah Alba lulus dari sekolah menengah atas, dia belajar akting dengan William H. Macy dan istrinya, Felicity Huffman, di Atlantic Theater Company.
Dia menjadi lebih terkenal di Hollywood pada tahun 1999 setelah berakting dalam komedi romantis Drew Barrymore Never Been Kissed, dan sebagai karakter wanita utama dalam film komedi-horor tahun 1999 Idle Hands. Dia terpilih dari sekelompok 1.200 aktris untuk peran prajurit rekayasa genetika, pada serial televisi fiksi ilmiah FOX Dark Angel. Serial ini berjalan selama dua musim dari tahun 2000 hingga 2002. Alba dinominasikan untuk Golden Globe untuk karyanya di serial itu. Ketika dia berlatih untuk berada di Dark Angel, Alba harus banyak berolahraga dan dia membuat dirinya kelaparan. Dia berkata, "Banyak gadis memiliki gangguan makan dan saya juga. Saya terobsesi dengan hal itu." Dia juga memiliki gangguan obsesif kompulsif dan serangan panik. Dia mengatakan dia telah memasak untuk dirinya sendiri sejak usia dua belas tahun sehingga dia tidak akan menjadi gemuk seperti anggota keluarganya.
Beberapa peran film Alba yang paling terkenal adalah sebagai penari di Sin City dan sebagai karakter Marvel Comics, Sue Storm, Invisible Woman di Fantastic Four. Dia juga berakting dalam Into the Blue pada tahun 2005 dan Good Luck Chuck beberapa tahun kemudian. Pada tahun 2008, Alba memainkan peran film horor pertamanya dalam The Eye, sebuah remake dari film asli Hong Kong. Pada bulan Februari, dia menjadi pembawa acara upacara Academy of Motion Picture Arts and Sciences. Kemudian pada tahun itu, dia membintangi The Love Guru.
Pada tahun 2010, Alba muncul dalam lima film termasuk Little Fockers dan The Killer Inside Me. Tahun berikutnya dia muncul dalam Spy Kids 4, sekuel Spy Kids.
