Après une enfance passée dans la banlieue rurale de Springfield, Justin Chambers se rend en France à la fin de ses études secondaires. Remarqué par un agent Calvin Klein dans le métro parisien, il débute une fructeuse carrière de top-model qui le ramène aux Etats-Unis au début des années quatre-vingt-dix.Tout en poursuivant ses activités de mannequin, il se tourne rapidement vers la télévision, et débute dans des séries, mini-séries et téléfilms (Another world, Swift justice, Unis, Four Corners et Seasons of love). Il participe également aux dramatiques Harvest of fire et Rose Hill, une production au succès conséquent.Il fait ses premiers pas au cinéma en 2000 devant la caméra de Barry Levinson dans le drame Liberty Heights, et connaît la révélation en 2001 avec Un mariage trop parfait d'Adam Shankman, dans lequel il incarne l'amoureux transi Massimo, qui tente désespérément d'obtenir la main de Jennifer Lopez.La même année, il tient le rôle principal de D'Artagnan de Peter Hyams. Il sera prochainement à l'affiche de la comédie dramatique Hysterical blindness de Mira Nair, aux côtés de Gena Rowlands, Ben Gazzara, Juliette Lewis et Uma Thurman.