Жак Демі народився 5 червня 1931 року в провінційному містечку Поншато на атлантичному узбережжі, в департаменті Атлантична Луара. Закінчивши Технічну школа фотографії і кіно на вулиці Вожирар у Парижі, спочатку був асистентом Поля Грімо з анімаційних фільмів, потім асистентом Жоржа Рук'є, який став продюсером його першого короткометражного фільму «Черевичник з долини Луари» (Le Sabotier Du Val De Loire, 1955).
Жак Демі знаний як автор музичних фільмів. Найвідоміші три його ранні стрічки — повнометражний дебют «Лола» (1961) з Анук Еме в головній ролі, «Залив ангелів» (1963) з Жанною Моро і «Шербурзькі парасольки» (1964) з Катрін Денев. Усі три фільми були музичні. Деякі з пісень, написаних композитором Мішелем Леграном, сталі широко відомими. Найуспішнішим фільмом з цих трьох стали «Шербурзькі парасольки». Перший кольоровий фільм Демі (до цього режисер працював з оператором Раулем Кутаром, який знімав на чорно-білу плівку) приніс режисерові «Золоту пальмову гілку» Каннського кінофестивалю і чотири номінації на «Оскар».
У 1969 р. Жак Демі поставив у США свій перший англомовний фільм — «Ательє моделей», у якому зняв не лише американських акторів, а й свою улюблену акторку Анук Еме, яка зіграла Лолу, що працює в модній крамниці, мріючи поїхати з сином у Францію.
Повернувшись у Францію в 1970 році, Демі екранізував казку Шарля Перро «Осляча шкура», в якій зголосилася зніматися зірка першої величини Катрін Денев. 1973 року режисер поставив іронічний фільм «Трохи вагітний» («Найзначніша подія, відколи людина ступила на місяць») про «вагітного» чоловіка, якого зіграв Марчелло Мастроянні. Надалі Демі працював як у Франції, так і в США, але його пізні фільми не мали такого самого успіху, як ранні.
Останній фільм Жака Демі «Три квитки на 26-е» (1988), попри участь у фільмі Іва Монтана, що грав самого себе, Матильди Мей та інших, не отримав визнання глядачів.
Жак Демі був одружений з режисеркою Аньєс Варда з 1962 року і до самої смерті. Вона зняла про нього фільм «Жако з Нанта» (Jacquot de Nantes), що вийшов у США 1993 року. Знімався фільм ще за життя Жак Демі. У пари народилася одна дитина — актор Матьє. Художник по костюмах Розалі — донька Аньєс від першого шлюбу, офіційно удочерина Демі.
Помер Жак Демі від СНІДу у Парижі 27 жовтня 1990 року у віці 59-ти років. Похований на цвинтарі Монпарнас.
