Enfant de la balle, Jacques Tourneur est le fils de Fernande Petit, actrice vedette du Théâtre Antoine, et de Maurice Tourneur, régisseur dans cette même salle avant de devenir réalisateur. A 10 ans, il part avec sa mère rejoindre son père, qui s'est installé aux Etats-Unis. Citoyen américain en 1919, il participe à son premier tournage en tant que script sur un film de son père, La Frontière humaine, à Tahiti en 1924. Il occupera cette fonction, ainsi que celle d'assistant, sur certains de ses films suivants, et se lancera dans une éphémère carrière d'acteur pour la MGM.

De retour en France en 1929, il monte plusieurs longs métrages de son père pour la société Pathé-Natan, à qui il fait part de son désir de passer lui-même à la mise en scène. En 1931, il se voit confier la réalisation du mélo Tout ça ne vaut pas l'amour, un des tout premiers films avec Jean Gabin. Après trois autres longs métrages mineurs, il repart aux Etats-Unis avec sa femme, espérant obteir plus de moyens pour tourner ses films. Engagé par la MGM, il doit d'abord se contenter d'enchaîner les courts métrages pendant deux ans. Selznick lui permet aussi de tourner quelques scènes pour la fresque "A tale of two cities", un film qui marque sa rencontre, décisive, avec le scénariste Val Lewton, qui produira ses oeuvres les plus marquantes.

En 1939, il réalise son premier long métrage, They All Come Out, film réaliste sur le monde pénitentiaire, avant de mettre en scène, dans un tout autre genre, deux enquêtes du détective Nick Carter. Sous l'impulsion de Lewton, Jacques Tourneur peut s'atteler à un projet plus personnel, La Féline (Cat People, 1942), avec Simone Simon en femme panthère, un film fantastique novateur par sa façon de susciter la peur de manière allusive et sensuelle. Tourné pour un budget dérisoire, La Féline est un énorme succès, qui surprend les dirigeants de la RKO. Dans ce même registre surnaturel, jouant sur les clairs-obscurs, le tandem Tourneur/Lewton livre ensuite Vaudou (I walked with a zombie) puis L'homme léopard, également couronnés de succès.

Ayant ainsi fait ses preuves, Jacques Tourneur est alors sollicité pour réaliser des oeuvres dans des genres très différents, ce qui n'est pas pour déplaire à cet amoureux du cinéma qui se décrivait comme un humble artisan. Il passe ainsi de la saga historique à gros budget (Jours de gloire avec Gregory Peck) au western (Le Passage du Canyon), et signe de brillants films noirs et criminels, comme Angoisse avec Hedy Lamarr, ou La Griffe du passé (1947), sommet du film noir qui offre à Robert Mitchum un de ses plus beaux rôles, celui d'un détective manipulé. Auteur de Berlin Express, thriller tourné dans l'Allemagne de l'immédiat après-guerre, il signe ensuite Stars in my Crown, chronique de la vie d'un village sudiste au XIXe siècle.

Dans les années 50, Tourneur s'illustre dans le film d'aventures, signant La Flèche et le flambeau avec Burt Lancaster, La Flibustière des Antilles avec Jean Peters en femme-pirate ou encore Les Révoltés de la Claire-Louise avec Glenn Ford. Il enchaîne avec une série de westerns (Stranger on horseback, Un jeu risqué, L'Or et l'amour) avant de revenir au polar pour la Columbia, avec Nightfall et au film d'angoisse avec Rendez-vous avec la peur (Night of the Demon) (1958). Sur ce long métrage, il entre en conflit avec la production, qui impose des plans du monstre à ce maître de la suggestion. Tourneur se voit alors proposer des films de genre à petit budget, part à Cinecitta tourner un peplum avec Steve Reeves (La Bataille de Marathon) et multiplie les projets destinés au petit écran : il met en scène un épisode de la série Bonanza et l'ensemble des émissions du Barbara Stanwyck show. Il met un terme à sa carrière avec le film de SF The City under the sea en 1965 avant de revenir dans son pays natal pour se retirer en Dordogne.