Gyllenhaal eklaboris jam 19jaraĝa. Lia unua ĉefa interpreto estis en la filmo October sky (1999), sekvita de la filmo de sendependakulta filmoDonnie Darko, en kiu li rolis kiel adoleskanto kun psikologiaj problemoj kaj en kiu li aktoris apud la aktorino Maggie Gyllenhaal, lia fratino en la filmo kaj en la reala vivo, kaj The Day After Tomorrow (2004), filmo pri la katastrofa temo de tutmonda malvarmiĝo kiu markis sian debuton en grand-buĝeta kinarto kaj en kiu li rolis kiel studento, filo de Dennis Quaid. La jaro 2005 estis lia pinta jaro pro lia interpreto de frustrita maristo en Jarhead kaj, antaŭ ĉio, al la rolulo de la vakera Jack Twist en Brokeback Mountain, de Ang Lee, kie li kunhavis protagonismon kun Heath Ledger. La laboro de Gyllenhaal, same kiel tiu de Ledger, estis aklamita de kritikistoj, kiuj jam laŭdis lian agadon en Donnie Darko. Gyllenhaal fariĝis politika aktivulo, antaŭenigante diversajn politikajn kaj sociajn aferojn. En la lastaj jaroj, li aperis en reklamado por la kampanjoRokenrolo-Voĉdonado, publike eldonis sian subtenon al la Demokrata Partio de Usono en la elektoj de 2004 kaj antaŭenigis diversajn mediajn kaŭzojn kaj favore al la Usona Civitanrajta Unuiĝo.
