Née le 17 octobre 1983 à Birmingham en Angleterre, Felicity Jones est la fille d'un journaliste. Ses parents divorcent lorsqu'elle a trois ans, elle grandit à Bournville avec sa mère et son frère. Elle est la nièce de l'acteur Michael Hadley (Good morning England, Diana). Etudiante à l'université d'Oxford, Felicity Jones prend une année sabbatique et s'adonne à sa passion, la comédie, en commençant par apparaître dans une série diffusée sur la BBC, Servants.
La jeune comédienne enchaîne les tournages pour la télévision (Doctor Who, Cape Wrath, Le Journal d'Anne Franck) et décroche son diplôme en 2006. C'est le réalisateur Baillie Walsh qui lui confie sa première apparition au cinéma dans Flashbacks of a Fool, avec Daniel Craig. Dès lors, les scénarios affluent Felicity Jones joue dans Brideshead Revisited (2008), Chéri (2008), Adieux à Cemetery Junction (2010), Oh my God (2010).
C'est la comédie romantique Like Crazy de Drake Doremus qui la révèle au grand public en 2011 et lui permet au passage de rafler plusieurs prix lors de différents festivals; Gotham Independant Film Awards, Detroit Film Critics en passant par le Festival du film de Sundance. En 2012, sa beauté n'échappe pas à Dolce & Gabbana qui en fait son égérie pour sa gamme de maquillage. En 2014, elle révèle son jeu d'actrice dans différents registres à l'affiche de quatre films; True Story, The Amazing Spider-man : le destin d'un héros, Autobahn et le biopic Une merveilleuse histoire du temps de James Marsh. L'actrice est nommée aux Oscars dans la catégorie meilleure actrice pour son interprétation de Jane Hawking, épouse du physicien Stephen Hawking, atteint de la maladie de Charcot.
Côté vie privée, Felicity Jones rencontre le sculpteur Ed Fornieles en 2006. Mais, le couple se sépare en 2013. Depuis 2015, elle partage la vie du réalisateur Charles Guard. Le 30 juin 2018, le couple se marie en Angleterre. Le 4 décembre 2019, un porte-parole de l'actrice confirme que le couple attend son premier enfant.