Valerie Jane Morris-Goodall néven született Londonban. Az állatok világa már kisgyermekként elvarázsolta: kétévesen kötött örök barátságot az édesapjától kapott játék csimpánzzal, Jubileevel, „akit” – kissé kopottasan – mindmáig megőrzött.
Négyévesen órákig a tyúkólban üldögélve várta ki, hogy a tyúkból előbújjon a tojás, tízévesen az állatokkal beszélő dr. Doolittle és Tarzan történeteit olvasva arról álmodott, hogy Afrikába megy és együtt él az állatokkal.
Szülei válása után édesanyja nem tudta finanszírozni egyetemi tanulmányait, ezért titkárnőként egy dokumentumfilm-stúdióban helyezkedett el. Huszonkét éves volt, amikor egy barátnője kenyai farmjukra invitálta, s ő az útiköltség előteremtése után, 1957-ben megérkezett álmai kontinensére.
Kenyában ismerkedett össze a régész-antropológus Louis Leakey-vel, akinek asszisztense és titkárnője lett, az Olduvai-hasadékban szemtanúja volt a hárommillió éve élt hominida, az Australopithecus koponyája meglelésének.
Leakey az emberi evolúció jobb megértésének egyik kulcsát a vadon élő csimpánzok tanulmányozásában látta, s a feladattal kitartó, türelmes és találékony titkárnőjét bízta meg. Jane Goodall örömmel mondott igent, de csak anyai felügyelettel utazhatott el a tanganyikai (ma tanzániai) Gombe Nemzeti Parkba, mert a brit hatóságok nem engedélyezték, hogy a fiatal nő egyedül éljen a vadonban.
1960 júliusában látott munkához Gombéban, állhatatosan kereste a csimpánzok társaságát, akik kezdetben nem viszonozták érdeklődését, inkább elmenekültek. Ezután távcsövön át, a távolból figyelte az állatokat, s azok végül hozzászoktak jelenlétéhez, egyre közelebb engedték magukhoz.
Goodall 1960 őszén tanúja volt, amint az egyik csimpánz ágakat gallyazott le, hogy segítségükkel termeszeket halásszon ki egy termeszvárból. Ez volt egyik legfontosabb felfedezése, mert egészen addig a tudósok úgy gondolták, hogy az ember az egyetlen szerszámok készítésére és használatára képes faj, ő pedig saját szemével látta ennek cáfolatát.
Leakey így reagált beszámolójára: „Mostantól újra kell definiálnunk a szerszám és az ember fogalmát, vagy el kell fogadnunk a csimpánzokat – mint embereket”. Másik jelentős megfigyelésével, miszerint a csimpánzok vadásznak, a zsákmányul ejtett kisebb állatokat pedig megeszik, megcáfolta a csimpánzokat elsősorban növényevőknek tartó tézist.