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Entre 2003 et 2006, il est présent dans plusieurs films inédits en France, Children on Their Birthdays de Mark Medoff et When Zachary Beaver Came to Town de John Schultz, puis progresse dans des séries télévisées plus exposées, comme Amy, Les Experts ou encore Grey's Anatomy.
En 2006, il décroche son premier rôle régulier, celui de Landry Clarke, meilleur ami d'une jeune recrue de l'équipe de football américain de son école, dans la série dramatique Friday Night Lights. Acclamé par la critique, le programme est adapté du film de même nom, réalisé par Peter Berg pour la chaîne NBC, et lance une poignée de jeunes acteurs. Les audiences sont insuffisantes, mais les critiques sont excellentes, et la série s'étend sur cinq saisons ; Plemons en est l'un des rares acteurs à apparaître régulièrement durant les quatre premières saisons.
À la fin de la série, en 2012, on le retrouve dans une autre série, la comédie Bent, qui se révèle un échec commercial et ne dépasse pas six épisodes sur NBC. Il rejoint alors une série déjà installée, Breaking Bad, qui entre alors dans sa cinquième saison. Son personnage, récurrent dans la première partie, revient régulièrement dans les derniers épisodes diffusés en 2013, et le place comme un acteur à suivre, par une prestation inquiétante d’homme de main combinant douceur apparente et violence naturelle[2].
Parallèlement, il parvient à se glisser vers le grand écran.
Passage au cinéma et confirmation télévisuelle
En 2012, Peter Berg lui confie d'abord un second rôle dans le blockbusterBattleship, mené par son ancien partenaire de Friday Night Lights, Taylor Kitsch. Si le long métrage est un échec critique et commercial, Jesse Plemmons parvient aussi à participer au drame psychologique The Master de Paul Thomas Anderson.
Il enchaîne avec d'autres réalisateurs prestigieux : en 2014, il fait partie de la distribution du western The Homesman, mis en scène par Tommy Lee Jones, et apparaît dans deux épisodes de la mini-série Olive Kitteridge, réalisée par Lisa Cholodenko.
Mais c'est bien à la télévision qu'il parvient encore à se distinguer : il forme en effet un couple ordinaire avec Kirsten Dunst, dans la seconde saison de l'acclamée série anthologique Fargo.
En 2016, il décroche son premier rôle principal au cinéma : le film indépendant Other People, écrit et réalisé par Chris Kelly, est dévoilé à Sundance. Cette production de Judd Apatow lui donne la possibilité de partager l'affiche avec Molly Shannon.
Depuis , Jesse Plemons est fiancé à l'actrice Kirsten Dunst avec qui il joue dans la série Fargo[3] et qu'il fréquente depuis . Ensemble, ils ont deux fils : Ennis, né le [4], et James, né en [5]. Le couple se marie en dans un complexe de luxe situé à Ocho Rios en Jamaïque[6].
2000 : Walker, Texas Ranger : Russell, Jr (saison 8, épisode 20 : Le Retour du général (The General's Return))
2001 : Sabrina, l'apprentie sorcière (Sabrina, the Teenage Witch) : le gros gosse (saison 6, épisode 1 : Un effrayant film d'horreur (Really Big Season Opener))
2001 : Le Protecteur (The Guardian) : Lawrence Neal (saison 1, épisode 3 : Paternité (Paternity))
2003 : Amy (Judging Amy) : James Franklin (saison 4, épisode 23 : De la difficulté d'être mère (Marry, Marry Quite Contrary))