Nata nella Virginia, dopo gli studi alla Radford University, debutta in televisione in un episodio della sit-comJoey, ed ha invece debuttato al cinema nel 2005 con il thriller di Wes CravenRed Eye, in seguito recita nella commedia romantica Appuntamento al buio del 2006, nello stesso anno ottiene una piccola parte in Flags of Our Fathers di Clint Eastwood. Nel 2007 recita nel ruolo della protagonista del demenziale Epic Movie.
È apparsa in diverse serie televisive come Joey, Entourage e Dr. House - Medical Division (in quest'ultima interpretava una paziente lesbica). Ha interpretato due personaggi con lo stesso nome, Charlie, in due differenti serie: in Heroes è la cameriera con la super memoria che Hiro Nakamura cerca di salvare da un tragico destino, mentre in Ugly Betty è la fidanzata di Henry, il personaggio di cui è innamorata la protagonista della serie (Betty Suarez). Dal 2009 è nel cast di Glee, in cui interpreta Emma, una consulente scolastica affetta da sindrome ossessiva compulsiva che la porta ad avere una fissazione per la pulizia. Nel 2011 ha recitato nel film I Puffi.
Nel 2007 ha sposato l'attore Adam Campbell conosciuto sul set del film Epic Movie, il 21 agosto 2016 è nato il loro primo figlio, Jude Jones.
Nelle versioni in italiano delle opere in cui ha recitato, Jayma Mays è stata doppiata da:
Ilaria Latini in Red Eye, Pushing Daisies, Glee, I Puffi, The League, I Puffi 2, The Millers, Bruce e Lloyd - Fuori controllo, Wet Hot American Summer: First Day of Camp, Trial & Error, Great News
Francesca Manicone in Six Feet Under, Come per disincanto - E vissero infelici e scontenti