Née d'un père suisse et d'une mère norvégienne, Renée Zellweger s'intéresse au métier d'actrice dès le lycée, où elle fait partie du club de théâtre. Après son passage à l'université du Texas, elle décide de se lancer dans la comédie. Elle réussit à décrocher quelques rôles pour la télévision locale, avant de faire de très modestes débuts au cinéma dans la comédie My boyfriend's back. En 1994, Génération 90 lui offre un rôle plus consistant même si elle reste le faire-valoir de Winona Ryder et Ethan Hawke. La même année, les éloges qu'elle reçoit pour son interprétation de Marlene, jeune fiancée d'un psychopathe dans le thriller Love and a .45, l'encouragent à partir s'installer à Los Angeles.

C'est dans la capitale du cinéma que la carrière de la jeune comédienne prend son envol. Après l'avoir vue dans The Whole wide world (1996), Cameron Crowe l'auditionne et lui confie le second rôle féminin de Jerry Maguire, Dorothy Boyd Maguire, au détriment d'actrices comme Winona Ryder ou Marisa Tomei. Malgré sa participation au drame Contre-jour aux cotés de Meryl Streep en 1998, Renée Zellweger fait des comédies romantiques sa spécialité. Elle est tour à tour Betty Sizemore, une infirmière amnésique, dans Nurse Betty (2000), Anne Archer, la fiancée du presque milliardaire Chris O'Donnell dans Le Célibataire (id.), puis Irene, la muse de Jim Carrey dans Fous d'Irène (id.).

Devenue comédienne de premier plan, Renée Zellweger triomphe en 2001 dans Le Journal de Bridget Jones, film adapté du roman à succès de Helen Fielding. Elle y interprète une jeune femme en mal d'amour, un rôle qu'elle reprendra en 2004 pour la suite Bridget Jones : l'âge de raison. Star à part entière pour films oscarisables, elle intègre des castings prestigieux, poussant la chansonnette aux côtés de Catherine Zeta-Jones et Richard Gere dans la comédie musicale Chicago (2003), donnant la réplique à Nicole Kidman et Jude Law dans la fresque Retour à Cold Mountain (2004) et interprétant l'épouse attentionnée de Russell Crowe dans De l'ombre à la lumière (2005).

Décidément à l'aise dans les films d'époque, Renée Zellweger prête également ses traits à l'écrivain Beatrix Potter, plonge dans l'Amérique des années 20 en partageant avec George Clooney l'affiche de la comédie Jeux de dupes, ou encore donne la réplique à Ed Harris dans le western Appaloosa (2008). Elle prête aussi régulièrement sa voix dans des films d'animation DreamWorks, tels que Gang de requins (2004) et Bee movie - drôle d'abeille (2007). Après avoir donné la réplique à Forest Whitaker dans le film d'Olivier Dahan My Own Love Song (2010), l'actrice disparaît des écrans pendant six ans. C'est en 2016 qu'on peut la revoir, reprenant son personnage culte dans Bridget Jones's Baby, troisième volet consacré à la plus célèbre des célibataires londoniennes.