Jan Davidsz. de Heem kommt im Jahr 1606 in Utrecht zur Welt. Ein Dokument von 1625 nennt den Maler Jan Davidsz. van Antwerpen. In diesem Jahr plant er eine Italienreise, die er aber nicht finanzieren kann. Mit seiner Mutter und dem Stiefvater Johan Coornhert, einem Buchverkäufer, übersiedelt der junge Mann im selben Jahr nach Leiden, wo er offenbar beginnt, sich "de Heem" zu nennen.
Über die Ausbildung des Jan Davidsz. de Heem, der sich auf das Stillleben spezialisiert, ist nichts bekannt. Die frühesten Arbeiten aus der zweiten Hälfte der 1620er Jahre zeigen eine gewisse Nähe zu den Blumenstücken eines Balthasar van der Ast und zu den "monochromen Banketjes" etwa von Willem Claesz Heda.
Jan Davidsz. de Heem heiratet 1626 Aletta van Weede, die ihm drei Kinder schenkt. Der Sohn Cornelis de Heem soll ebenfalls als Maler Karriere machen. Nach dem Tod seiner ersten Frau im Jahr 1643 heiratet Jan Davidsz. de Heem 1644 Anna Ruckers, niemand Geringerer als Jacob Jordaens tritt als Trauzeuge auf.
1631 kehrt Jan Davidsz. de Heem Leiden den Rücken und zieht, möglicherweise nach einiger Zeit in Amsterdam, nach Antwerpen. Hier wird Jan Davidsz. de Heem 1635/36 in der Malergilde geführt, 1637 erhält er das Bürgerrecht. Jan Davidsz. de Heem ist hier auch gefragter Lehrmeister, er bildet die Maler Michiel Verstylen, Andries Benedetti, Alexander Coosemans, Lenaert Rougghe und Thomas de Clerck aus.
Als Stilllebenmaler arbeitet Jan Davidsz. de Heem immer wieder in verschiedenen Typen dieser Gattung. Der für de Heem charakteristischste Typus entsteht in den 1640er Jahren und zeigt hoch dekorative Arrangements von Früchten, verschiedenstem Tischgerät, Blumen und Getier auf einer Tischplatte.
Wohl schon vor 1660 kehrt Jan Davidsz. de Heem nach Utrecht zurück und eröffnet eine Werkstatt, in die 1664 Abraham Mignon eintritt; 1669 beginnt Elias van den Broek eine Ausbildung bei Jan Davidsz. de Heem. 1672 zieht Jan Davidsz. de Heem wieder nach Antwerpen, wo sein Tod im Geschäftsjahr 1683/84 bei der Malergilde notiert wird.