Джейми Дорнан родился 1 мая 1982 года в пригороде Белфаста, Северная Ирландия. У Джейми есть две старшие сестры. Когда Дорнану было 16 лет, умерла его мать от рака. Джейми учился в Методистском колледже Белфаста, где играл в регби и участвовал в театральном кружке. После колледжа он поступил в Университет Тиссайд, но чуть позже бросил его и переехал в Лондон для обучения актерскому мастерству.

Дорнан был участником фолк-группы «Sons of Jim», но она распалась в 2008 году.

В 2006 году Дорнан снялся в фильме Софии Копполы «Мария-Антуанетта».

Джейми работал в качестве модели для Calvin Klein (вместе с Кейт Мосс и Евой Мендес), Dior, Aquascutum, Armani и многих других марок.

В 2008 году Джейми Дорнан сыграл главную роль в фильме ужасов «По ту сторону рейва».

В 2009 году Дорнан появился в драме «Тени на Солнце», в котором снимался трехкратный номинант премии Оскар Джин Симмонс.

В 2011 году Джейми появился в восьми эпизодах телесериала ABC «Однажды в сказке», играя роль Шерифа Грэхэма.

В 2013 году состоялась премьера телесериала «Крах», в котором Дорнан снимается вместе с Джиллиан Андерсон.

23 октября 2013 года Джейми Дорнан утвердили на роль Кристиана Грея в экранизации мирового бестселлера «Пятьдесят оттенков серого», где он заменил Чарли Ханнэма. Партнершей Кристиана по картине стала Дакота Джонсон. Премьера картины назначена на 11 февраля 2015 года.

В 2014 году Джейми исполнил главную роль в мелодраме «Полёт домой», а также появился в роли Абэ Гоффе в первом сезоне сериала «Новые миры». Также в 2014 году Дорнан вместе с Сарой Гадон и Аароном Полом приступил к съемкам триллере «Девятая жизнь Луи Дракса», а вместе с Брэдли Купером получил роль в комедии «Адам Джонс».