Alba și-a dorit să joace teatru de la cinci ani. A urmat primul curs de actorie la vârsta de 12 ani. Un agent de actorie a semnat cu ea nouă luni mai târziu. Primul ei rol în film a fost un rol mic în filmul "Camp Nowhere" din 1994. La început, a fost angajată doar pentru două săptămâni, dar a sfârșit prin a lucra două luni, deoarece o altă actriță a renunțat.
Când era copil, Alba a jucat în două reclame la televiziunea națională. Una dintre acestea a fost pentru Nintendo, iar cealaltă pentru J.C. Penney. A jucat rolul Jessicăi în trei episoade din serialul de comedie Nickelodeon The Secret World of Alex Mack. Alba a fost apoi Maya în serialul de televiziune Flipper. Mama ei a fost salvamar și a învățat-o pe Jessica să înoate înainte de a putea merge. Ea este scafandru autorizat.
În 1998, a jucat în Brooklyn South, în două episoade din Beverly Hills, 90210 și într-un episod din The Love Boat: The Next Wave. După ce Alba a absolvit liceul, a studiat actoria cu William H. Macy și cu soția sa, Felicity Huffman, la Atlantic Theater Company.
A devenit mai celebră la Hollywood în 1999, după ce a jucat în comedia romantică Never Been Kissed a lui Drew Barrymore și ca personaj feminin principal în filmul de comedie și groază Idle Hands din 1999. A fost aleasă dintr-un grup de 1.200 de actrițe pentru rolul soldatului modificat genetic, în serialul de televiziune SF al FOX Dark Angel. Serialul a fost difuzat timp de două sezoane, din 2000 până în 2002. Alba a fost nominalizată la Globul de Aur pentru munca sa în acest serial. Când s-a antrenat pentru a juca în Dark Angel, Alba a trebuit să facă foarte multe exerciții fizice și s-a înfometat. Ea a declarat: "Multe fete au tulburări de alimentație și am avut și eu. Am devenit obsedată de asta". De asemenea, ea a avut tulburări obsesiv-compulsive și atacuri de panică. Ea a spus că a gătit pentru ea însăși de la vârsta de 12 ani pentru a nu deveni la fel de grasă ca membrii familiei sale.
Unele dintre cele mai cunoscute roluri din filme ale Albei Alba sunt cel de dansatoare în Sin City și Sue Storm, femeia invizibilă din filmul Fantastic Four, un personaj Marvel Comics. De asemenea, a jucat în Into the Blue în 2005 și Good Luck Chuck câțiva ani mai târziu. În 2008, Alba a jucat primul ei rol într-un film de groază în The Eye, un remake al originalului din Hong Kong. În februarie, ea a fost gazda unei ceremonii a Academiei de Arte și Științe Cinematografice. Mai târziu, în cursul anului, a jucat în The Love Guru.
În 2010, Alba a apărut în cinci filme, printre care Little Fockers și The Killer Inside Me. În anul următor a apărut în Spy Kids 4, o continuare a filmului Spy Kids.