Ещё в детстве он снялся в рекламе детских товаров. Актёрская карьера Дженсена Эклса началась в 1996 году, когда он появился в эпизодических ролях в таких телесериалах, как «Мистер Роудс», «Школа в Ласковой долине», и «Сибилл». В 1997 году он получил роль Эрика Брэйди в сериале телеканала, NBC «Дни нашей жизни».

В 2000 году Эклс ушёл из сериала «Дни нашей жизни», чтобы сняться в мини-сериале «Блондинка», повествующем о жизни Мэрилин Монро. Он также проходил прослушивание на роль Кларка Кента в сериале «Тайны Смолвилля», но эта роль досталась Тому Уэллингу. В 2001 году Дженсен снялся в телесериале Джеймса Кэмерона «Тёмный ангел» (телеканал Fox) в эпизодической роли Бена/Х5-493, психопата и серийного убийцы, «брата» главной героини Макс/Х5-452 (в исполнении Джессики Альбы). Его персонаж погибает, но Дженсен возвращается во втором сезоне в роли близнеца Бена — Алека/Х5-494 и остаётся в сериале до его отмены в 2002 году.

2003 год стал для Эклса плодотворным. Он присоединился к актёрскому составу популярного сериала телеканала WB «Бухта Доусона», где сыграл роль Си Джея, возлюбленного Джен Линдли. После этого Дженсен снялся в нескольких эпизодах так и не вышедшего в эфир телесериала «Спокойная жизнь» телеканала Fox перед тем, как его съёмки неожиданно прекратили. Он также снялся в небольшой роли в короткометражном фильме 2004 года «The Plight of Clownana». Эклсу предлагали роль возлюбленного Элайзы Душку во втором сезоне сериала «Вернуть из мёртвых», но в 2004 году он вернулся в Ванкувер (где проходили съёмки «Тёмного ангела»), чтобы сыграть роль Джейсона Тига, возлюбленного Ланы Лэнг (в исполнении Кристин Кройк) в телесериале «Тайны Смолвилля». В 2005 году Дженсен сыграл главную роль в фильме «Пожиратель душ» вместе со своим отцом.

В 2005 году Дженсен Эклс получил главную роль Дина Винчестера в мистическом сериале «Сверхъестественное» производства компании «Warner Brothers», в котором также в главной роли снялся Джаред Падалеки.

Дженсен был утверждён на роль Пристли в фильме «Десятидюймовый герой» 2007 года.

В июне 2007 года Дженсен выступил на сцене театра Casa Mañana (Техас) вместе с Лу Даймондом Филлипсом в спектакле «Несколько хороших парней». Он сыграл роль лейтенанта Дэниэла Кэффи, которого исполнил Том Круз в киноверсии этой постановки в 1992 году. Это был первый опыт Эклса на театральной сцене.

В 2010 году состоялся режиссёрский дебют Дженсена. Он снял 4 эпизод 6 сезона сериала «Сверхъестественное» — «Выходные у Бобби» («Weekend at Bobby)».

В 2011 году Эклс срежиссировал 3 эпизод 7 сезона этого же сериала — «Соседка» (The Girl Next Door).