Jon Favreau est le fils de deux enseignants, Madeleine et Charles Favreau. en 1987, il stoppe ses études, puis les reprend en 1988 pour les abandonner définitivement cette même année. Il déménage à Chicago pour y devenir comédien, dans le théâtre d'improvisation.
Il fait de la figuration dans quelques films (comme par exemple dans Hoffa de Danny DeVito), avant d'obtenir son véritable premier rôle en 1993, dans Rudy, face à Sean Astin. Il y rencontre Vince Vaugh durant le tournage. Les deux hommes vont devenir de proches amis. L'année suivante, il participe à la comédie P.C.U., aux côtés de l'acteur Jeremy Piven.
Il quitte Chicago pour Los Angeles, et en 1996, sa carrière décolle véritablement avec Swingers de Doug Liman, film qu'il a scénarisé et dans lequel il joue. Il participe suite à cela à la série Friends pour six épisodes.
Il retrouve Jeremy Piven pour Very Bad Things en 1998. En 1999, il tient le rôle titre de la série Rocky Marciano. En 2000, il tient le premier rôle masculin du film Love & Sedx, face à Famke Janssen.
Après avoir fait de la figuration dans Batman Forever, il apparaît, cette fois-ci dans un rôle notable, dans Daredevil, en 2003. En 2008, toujours dans le monde des super-héros, il passera à la réalisation, avec Iron Man, puis deux ans plus tard, avec Iron Man 2. Mais avant cela, il aura réalisé en 2001 son premier long-métrage, Made, puis en 2003 Elfe, et enfin en 2005 Zathura : une aventure spatiale.
Cependant, il n'abandonne pas la comédie, jouant dans de nombreux films durant cette période, de Tout peut arriver en 2003 à Thérapie de couples en 2009, en passant par les doublages, comme Mission G (2009) ou bien encore Les Rebelles de la forêt (2006).
Lorsqu'il réalise Iron Man en 2008, il intègre le cercle restreint des réalisateurs de blockbusters à succès.