În 1957, la invitația unei foste colege de școală, Jane Goodall și-a îndeplinit visul de a cunoaște Africa și a călătorit în Kenya. Și-a găsit un loc de muncă la Muzeul Național din Kenya și a intrat în contact cu directorul acestuia, Louis Leakey. Deși Goodall nu avea nicio pregătire academică la acea vreme, Leakey i-a sugerat să participe la un studiu de teren al cimpanzeilor sălbatici. A început apoi să lucreze ca asistent pentru Leakey.
În 1960, Goodall, însoțită de mama sa, a călătorit la Lacul Tanganyika, în ceea ce este acum Parcul Național Gombe. Acolo a început să cerceteze primatele, care sunt înrudite genetic cu oamenii. Prin "metoda observației participative", ea a reușit să obțină noi informații despre animale. Goodall a descoperit că cimpanzeii fac și folosesc unelte. Munca sa a ajutat, de asemenea, la diferențierea bonobo de cimpanzei.
În 1965, Goodall și-a întrerupt temporar studiile pentru a-și face doctoratul la Universitatea din Cambridge. A primit o scutire și, prin urmare, a putut să facă un doctorat, deși nu studiase niciodată. Din Tanzania s-a întors cu titlul de dr. Jane Goodall, unde a fondat "Gombe Stream Research Center" în 1967.
Cu finanțare din partea Societății americane National Geographic, au apărut primele texte și imagini din studiile ei. Goodall a câștigat faima mondială odată cu publicarea cărții "Wild Chimpanzees". Din 1971 până în 1975 a predat ca profesor invitat la Universitatea Stanford din California. În 1977, cercetătoarea a înființat "Jane Goodall Institute for Wildlife Research, Education and Conservation" pentru a asigura protecția cimpanzeilor din Gombe și a activităților sale de cercetare.
În 1987, Goodall s-a retras din cercetarea de teren. De atunci, s-a angajat să protejeze cimpanzeii. În calitate de "ambasador al cimpanzeilor", a călătorit în întreaga lume, ținând prelegeri despre poluarea mediului și schimbările climatice. A militat împotriva comerțului ilegal cu animale. Goodall a coordonat, de asemenea, diverse proiecte științifice desfășurate în Gombe.
În autobiografia sa, "Reason for Hope", a vorbit despre inspirația din spatele muncii sale și despre leitmotivul vieții sale. În 2002 a fost numită Mesager al Păcii al ONU. Jane Goodall a fost, de asemenea, angajată în proiecte de mediu cu tinerii, direcție în care a lansat proiectul "Roots & Shoots".
În 2005 a devenit ofițer al Legiunii de Onoare franceze. În 2018, documentarul "Jane" al regizorului american Brett Morgan a fost lansat în cinematografe. În 2020, a primit Premiul Tang la categoria "Dezvoltare durabilă".
S-a stins din viață pe 1 octombrie 2025, la 91 de ani.