배우 지주연은 서울대학교 언론정보학과를 졸업한 뒤 KBS 21기 공채 탤런트로 데뷔했다.
서울대학교 재학 시절 ‘서울대 얼짱’으로 소개되며 이름을 알렸고, 당초 방송기자와 아나운서를 준비하다 MBC 아나운서 시험에서 최종 탈락한 뒤 KBS 탤런트 공채에 합격하면서 배우의 길을 걷게 됐다.
2009년 KBS 드라마 《전설의 고향-가면귀》를 비롯해 《파트너》, 《다 함께 차차차》, 《감격시대》, 《구가의 서》, 《끝없는 사랑》, 《당신만이 내사랑》, 《영혼수선공》 등에 출연하며 연기 활동을 이어왔다. 특히 《당신만이 내사랑》에서 악역 남혜리 역을 맡아 강렬한 인상을 남겼다.
연기뿐 아니라 《마이 리틀 텔레비전》, 《뇌섹시대-문제적 남자》, 《코드-비밀의 방》, 《대한외국인》 등 예능 프로그램에서도 활약했다. 서울대 출신의 학력과 함께 멘사 회원으로 알려졌으며, 방송에서 IQ 156을 기록했다고 밝히면서 ‘뇌섹녀’ 이미지로도 주목받았다.
2018년 일반인 남성과 결혼했으나 이후 짧은 결혼 생활을 정리한 사실을 직접 밝히기도 했다. 2020년에는 인컴퍼니와 전속계약을 체결하고 《우리 다시 사랑할 수 있을까3-뜻밖의 커플》 등에 출연하며 활동을 이어갔다. 2022년 연예인 매니저로 살아남기에서 강소연 역을 맡았다. 2021년 스라소니 아카데미에 출연했다. 2020년 영혼수선공에서 정세연 역을 맡았다.