Okul eğitiminin ardından önce bir sekreterlik okuluna devam etti, ancak 1957'de eski bir okul arkadaşının daveti üzerine uzun zamandır kurduğu Afrika'yı tanıma hayalini gerçekleştirdi ve Kenya'ya gitti. Kenya Ulusal Müzesi'nde bir iş buldu ve müzenin müdürü Louis Leakey ile temasa geçti. Goodall'ın o sırada hiçbir akademik eğitimi olmamasına rağmen, Leakey ona vahşi şempanzelerle ilgili bir saha çalışmasına katılmasını önerdi. Daha sonra Leakey için asistan olarak çalışmaya başladı. 1960 yılında Goodall, annesinin eşliğinde, şu anda Gombe Ulusal Parkı olan Tanganyika Gölü'ne gitti. Orada genetik olarak insanlarla yakın akraba olan primatları araştırmaya başladı. Katılımcı gözlem yöntemi"sayesinde hayvanlar hakkında yeni bilgiler edindi. Goodall, şempanzelerin alet yaptığını ve kullandığını keşfetti. Çalışmaları ayrıca bonoboların şempanzelerden ayırt edilmesine de yardımcı oldu.1965 yılında araştırmacı, Cambridge Üniversitesi'nde doktora yapmak için çalışmalarına geçici olarak ara verdi. Muafiyet aldı ve bu nedenle hiç eğitim görmemiş olmasına rağmen doktora yapabildi. Dr. Jane Goodall Tanzanya'ya döndüğünde 1967 yılında Gombe'de "Gombe Stream Research Center"'ı kurdu. Amerikan National Geographic Society'den aldığı fonla, çalışmalarından ilk metinler ve görüntüler ortaya çıktı. Goodall, "Wild Chimpanzees" adlı kitabının yayınlanmasıyla dünya çapında ün kazandı. 1971-1975 yılları arasında Kaliforniya'daki Stanford Üniversitesi'nde misafir profesör olarak ders verdi. Araştırmacı, 1977 yılında Gombe'deki şempanzelerin ve araştırma faaliyetlerinin korunmasını sağlamak amacıyla ABD'de "Jane Goodall Yaban Hayatı Araştırma, Eğitim ve Koruma Enstitüsü"'nü kurdu. 1987 yılında Goodall saha araştırmalarından emekli oldu. O zamandan beri kendini şempanzeleri korumaya adamış olan Goodall, bir "şempanze elçisi" olarak dünyayı dolaşarak çevre kirliliği ve iklim değişikliği konularında konferanslar veriyor. Ayrıca yasadışı hayvan ticaretine karşı kampanyalar yürütmektedir. Goodall ayrıca Gombe'de yürütülen çeşitli bilimsel projeleri de koordine etmektedir. Yayınlanmış otobiyografisi "Reason for Hope" da çalışmalarının nedenlerini ve hayatının ana motifini yazmaktadır. Jane Goodall için Tanrı inancı ile Darwinci evrim teorisi arasında bir çelişki yok gibi görünüyor. Goodall o zamandan beri İngiltere'ye, çocukluğunun geçtiği eve geri döndü. 2002 yılında BM Barış Elçisi olarak atandı. Jane Goodall aynı zamanda gençlerle birlikte çevre projelerine kendini adamış ve bu amaçla "Roots & Shoots" projesini başlatmıştır. 2005 yılında Fransız Onur Lejyonu'nun bir subayı oldu. 2018 yılında Amerikalı yönetmen Brett Morgan'ın "Jane" adlı belgeseli sinemalarda gösterime girdi. 2020 yılında "Sürdürülebilir Kalkınma" kategorisinde Tang Ödülü'nü aldı.