Jonathan Demme nasce il 22 febbraio 1944 a Baldwin, nello Stato di New York. Eredita dal padre una sconfinata passione per il cinema, alimentata sin da ragazzo attraverso la ripetuta visione di 'Orfeo Negro' di Marcel Camus, 'Tirate sul pianista' di Truffaut e i tutti i capolavori di Ingmar Bergman.
A quindici anni si trasferisce in Florida e, dopo essersi diplomato al college, decide di seguire studi di veterinaria all'università di Miami. In ambiente accademico inizia a fare esperienza come critico cinematografico, dapprima scrivendo per il giornale universitario e quindi collaborando per il 'Coral Gables Times'. Inizia inoltre a praticare il mestiere di agente pubblicitario e agente cinematografico. Conosce e viene apprezzato dal grande Roger Corman che decide di affidargli la regia di "Femmine in gabbia", film d'esordio che con taglio grottesco racconta le vicissitudini di un gruppo di donne galeotte.
La sua prima produzione inizia così all'insegna di quella politica del b-movie che aveva fatto la fortuna del suo maestro: nel 1976 realizza "Fighting mad" ed un anno dopo "Chroma Angel chiama Mandrake". Dimostra abilità tecnica e talento registico nel 1979, dirigendo l'hitchcockiano "Il segno degli Hannah". Ma ad accrescere la sua notorietà in ambiente hollywoodiano è "Una volta ho incontrato un miliardario", una divertente commedia che nel 1980 ottiene due Oscar per la sceneggiatura di Bo Goldman e per l'interpretazione di Mary Steenburgen (migliore attrice non protagonista).
Grande appassionato di musica, realizza negli anni Ottanta una serie di videoclip e il filmato 'Stop making sense' che ripercorre il concerto rock dei Talking Heads e "Tempo di Swing" avente nel cast attori del calibro di Kurt Russel, Ed Harris e Holly Hunter. Quindi, nel giro di quattro anni diventa un vero autore di massa, girando rispettivamente "Una vedova allegra, ma non troppo", "Il silenzio degli innocenti" (vincitore di 5 statuette) e "Philadelphia" (altri due Oscar).
Dopo una breve esperienza televisiva torna sul grande schermo con "Beloved".
Nel 2002 si impegna nelle riprese di "The Truth About Charlie". Nel 2003 con "The Agronomist" partecipa alla 60ma Mostra di Venezia nella sezione "Nuovo Terrori".
Infine nel 2004 dirige Denzel Washington, Liev Schreiber e Maryl Streep in "The Manchurian Candidate", remake di "Và e Uccidi" del 1962 e presentato fuori concorso alla 61ma Mostra Internazionale di Venezia (2004).
Ha lavorato al film documentario "Neil Young: Heart Of Gold" (2006) e al documentario su Jimmy Carter "Man from Plains" (2007) presentato a Venezia nella sezione Orizzonti.
E' tornato dietro la macchina da presa per dirigere la commedia "Rachel Getting Married" (2008) presentata in concorso alla 65ma Mostra del Cinema di Venezia.