Γεννήθηκε στην Αθήνα το 1932 ως Ευγενία Καρπούζη. Φοίτησε σε καλά σχολεία, καθώς οι γονείς της ήταν εκπαιδευτικοί και ήθελαν να πάρει την καλύτερη μόρφωση. Μιλούσε καλά αγγλικά και γαλλικά. Όταν ανακοίνωσε στον πατέρας της πως θέλει να γίνει ηθοποιός, εκείνος εγκατέλειψε την ίδια και την μητέρα της. Από τότε, η Τζένη Καρέζη τον είδε μόλις μια φορά, όταν γέννησε τον γιο της Κωνσταντίνο, πρίν πεθάνει από τροχαίο δυστύχημα το 1971.
Φοίτησε στην Σχολή του Εθνικού Θεάτρου, όπου έγινε δεκτή το 1951. Από τότε η πορεία της ήταν ανοδική σε θέατρο και κινηματογράφο, όπου μπήκε στην συνείδηση του κόσμου ως μια από τις ποιοτικότερες ηθοποιούς της Ελλάδας.
O πρώτος της ρόλος στο θεατρικό σανίδι ήταν δίπλα στη Μελίνα Μερκούρη και τον Βασίλη Διαμαντόπουλο στο έργο «Ωραία Ελένη» το 1954. Tο 1955 έκανε και το κινηματογραφικό της ντεμπούτο, με το «Λατέρνα, Φτώχεια και Φιλότιμο» του Αλέκου Σακελάριου. Το κοινό την αγάπησε και τη θαύμασε σε ακόμη 30 ταινίες, όπως «Το Κοροϊδάκι της Δεσποινίδος (1960), «Η Νύφη Το 'Σκασε» (1962), «Τα Κόκκινα Φανάρια» (1963), «Δεσποινίς Διευθυντίς» (1964), «Μια Τρελή Τρελή Οικογένεια» (1965), «Τζένη - Τζένη» (1966), «Ένας Ιππότης Για Τη Βασούλα» (1968), «Μια Γυναίκα Στην Αντίσταση» (1970).
Μετά το 1960 δημιούργησε δικούς της θιάσους και συνεργάστηκε με τον Λάμπρο Κωνσταντάρα, τον Ντίνο Ηλιόπουλο, τον Μίμη Φωτόπουλο και τον Διονύση Παπαγιαννόπουλο.
Έκανε δυο γάμους. Ο πρώτος ήταν με τον κοσμικό Ζάχο Χατζηφωτίου, που κράτησε μόλις πέντε χρόνια. Ο δεύτερος ήταν με τον άντρα της ζωής της και πατέρα του μοναχογιού της, τον επίσης ηθοποιό Κώστα Καζάκο. Μαζί του πρωταγωνίστησε σε πέντε ταινίες και σε πολλές θεατρικές παραστάσεις, και έγιναν γνωστοί για τα αριστερά τους φρονήματα.
To 1973 μαζί με τον Κώστα Καζάκο και τον Νίκο Ξυλούρη, ανεβάζουν την θρυλική σπονδυλωτη παράσταση του Ιάκωβου Καμπανέλλη «Το μεγάλο μας τσίρκο», μια παράσταση που άφησε εποχή. Οι πρωταγωνιστές του έργου συνελήφθησαν και η Τζένη Καρέζη κλείστηκε στη φυλακή. Όταν αποφυλακίστηκε, επέστρεψε στο θέατρο για να συνεχίσει τις παραστάσεις.
Πέθανε στις 27 Ιουλίου του 1992, ύστερα από τετραετή μάχη με τον καρκίνο, σε ηλικία 60 ετών. Στην κηδεία της παρευρέθηκε πλήθος κόσμου για να την αποχαιρετήσει για τελευταία φορά. Λίγες μέρες πρίν από τον θάνατό της, είχε ολοκληρώσει την συγγραφή της αυτοβιογραφίας της.
