본명은 안젤리나 졸리 보이트(Angelina Jolie Voight). 아카데미 남우주연상을 수상한 바 있는 존 보이트의 딸이다. 어머니는 한때 배우로 활동했던 마셀리니 베르뜨랑. 2살 때 부모가 이혼하자 오빠와 함께 어머니를 따라 뉴욕에서 힘든 생활을 했다.
그녀는 아버지 존 보이트 덕분에 어린시절부터 연기를 시작했다. 12살 때 명문 리 스트라스버그 연기학원에서 연기수업을 시작, 몇편의 연극무대에도 선 경험이 있다. 그녀는 모델로 활동할 당시 롤링 스톤즈, 미트 로프 등 여러 유명 뮤지션의 뮤직 비디오에 출연하여 이름을 알리게 된다. 1993년 소규모 독립영화 <사이보그 2>로 영화계에 데뷔했지만 그다지 주목을 받지는 못했고, 10대 해커들의 천방지축 해프닝을 그린 <해커스>를 통해 정식 장편영화에 데뷔하고 대중에게 알려지기 시작했다. 이때 함께 공연한 자니 리 밀러가 첫 남편이다. 20살 때 조니 리 밀러와 갑작스럽게 동거를 하다가 몇달 뒤 조그만 교회에서 졸리의 어머니와 몇몇 친구만 불러 결혼식을 올렸다. 하지만 1년 뒤 별거에 들어갔으며 다시 2년 후 이혼했다.
1997년 졸리는 <조오지 월리악>에서 조지 윌리스의 아내로 출연하여 나이답지 않은 무게감 있는 연기로 골든 글로브상을 수상했다. 이듬해, <라스트 타임>에서 숀 코너리를 비롯하여 질리안 앤더슨, 나스타샤 킨스키, 라이언 필립, 데니스 퀘이드 등과 호흡을 맞추었고 <에어 컨트롤>에서는 성격파 배우 존 쿠삭과 대등한 연기를 펼쳐 보인다. 특히 안젤리나 졸리는 이 영화에서 부부로 함께 출연했던 22년 연상의 빌리 밥 손튼과 결혼하여 화제를 불러일으키도 했지만 결혼생활 3년여만에 파경을 맞았다.
제임스 맨골드 감독의 <처음 만나는 자유>에서 정신병 환자로 출연해 신들린 연기로 아카데미와 골든 글로브에서 여우조연상을 수상하였고 같은 해 <본 콜렉터>에서는 여수사관 아멜리아역을 맡아 함께 출연한 덴젤 워싱턴에 비해 부족함이 없는 연기력을 보여주었다. 그리고 2001년, 동명의 인기 게임을 원작으로 한 영화 <툼 레이더>에서 여전사 라라 크로프트를 역할을 맡으며, 여전사 이미지를 대중에게 각인시킨다.
이후, <테이킹 라이브즈>, <툼레이더2>,<어느날 그녀에게 생긴 일> 등에 출연하며 꾸준히 작품활동을 이어간다. 국제 구호운동에도 많은 관심을 가지고 있는 안젤리나 졸리는 <머나먼 사랑> 출연 이후 UN산하의 국제난민고등판무관기구(United Nations High Commissioner for Refugees)의 명예대사로 활동하고 있다. 2005년 <미스터&미세스 스미스>에 함께 출연한 브래드 피트와 사랑에 빠지며 브란젤리나 커플이란 이름으로 세기의 커플이 된다. 3명의 자녀를 낳고 3명의 자녀를 입양하며 브래드 피트와 사실혼 관계를 유지하고 있다.