Karrierje meseszerűen kezdődött: még tizenhét éves sem volt, amikor Otto Preminger rendező 18 ezer jelentkező közül őt választotta ki Szent Johannáról készített hollywoodi filmjének főszerepére. Az álom azonban gyorsan rémálommá változott: a nagy hírveréssel beharangozott film csúfosan megbukott, alakításáról ledorongoló kritikák jelentek meg, pedig a nagyjelenetben, amikor Johannát megégetik a máglyán, arcon találta egy szikra, így a filmtörténet egyik leghitelesebb haldoklási jelenetét produkálta. Preminger kitartott mellette, s a Jó reggelt búbánatban ismét egy francia lány szerepét osztotta rá. Ezúttal azonban Audrey Hepburn játszotta le a filmvászonról, így Seberg parkolópályára és a Columbia stúdióhoz került, amely jobb híján Az ordító egér című vígjátékban alkalmazta.

Seberg éppen mézesheteit töltötte első férjével Párizsban, amikor Jean-Luc Godard, a francia új hullám teoretikusa felkérte a Kifulladásig főszerepére. A Columbia nem emelt kifogást, így Jean-Paul Belmondo partnereként munkához láthatott. A forgatókönyv nélkül készült, menet közbeni rögtönzésekből kialakuló film sikeres premierje után a Columbia azonnal hazarendelte, bár elképzelésük sem volt, hogyan aknázzák ki újonnan jött népszerűségét. Egy mérsékelt sikerű film után aztán útjára engedték, ő pedig visszatért Európába.

Franciaországban kulturális ikonná vált, 1962-ben feleségül ment Romain Gary íróhoz. Seberg az Atlanti-óceán két partja között ingázott, bár Amerikában inkább közéleti szereplésével és viharos magánéletével hívta fel magára a figyelmet. Támogatta a radikális Fekete Párducok mozgalmát, ezért az FBI aktát nyitott róla, sőt azt az - alaptalan - pletykát is elterjesztette, hogy születendő gyermekének apja egy néger pártaktivista. A terhesség ezek után koraszüléssel végződött, az alig két napot élt (és fehér) csecsemő holttestét Seberg az újságírókat sokkolva tette közszemlére egy sajtótájékoztatón.

A magánéleti válságba jutott színésznő 1970-ben elvált férjétől, bánatát pedig munkába ölte. 1972-ben harmadszor is férjhez ment egy Párizsba áttelepült amerikaihoz, de depressziós rohamai nem szűntek. Gyermeke halálának évfordulóján rendre öngyilkosságot kísérelt meg, egyszer még azt is túlélte, hogy a metró alá ugrott. 1978-ban harmadszor is elvált és ugyanazzal a lendülettel férjhez ment. Úgy tűnt, végre rendbe jön, de 1979 nyarán váratlanul eltűnt. Már két hete keresték, amikor szeptember 8-án kocsijának hátsó ülésén halva találták. Akkor már legalább tíz napja halott volt, szervezetében nagy mennyiségű nyugtatót mutattak ki.

Párizsban, a Montparnasse temetőben helyezték végső nyugalomra; férje és legnagyobb szerelme, Romain Gary 1980-ban lett öngyilkos.