Прохоренко родилась за год до Великой Отечественной войны — и стала знаменитой на весь мир благодаря фильму об этой войне. В конце 50-х режиссер Григорий Чухрай приступил к съемкам картины «Баллада о солдате» — пронзительной истории молодого бойца, который вместо положенной за подвиг награды попросил отпуск, чтобы повидать мать и починить крышу дома. Скитания Алеши Скворцова по военным дорогам 1942 года и составляют сюжет фильма: мать он увидит мельком в самом конце, а большую часть пути проведет с девушкой Шурой.
На её роль Чухрай пригласил 19-летнюю студентку Школы-студии МХАТ Жанну Прохоренко, а Алешу сыграл студент ВГИКа Владимир Ивашов.
Фильм сразу же вошел в золотой фонд советского кино. Он получил Ленинскую премию, представлял СССР в конкурсе Каннского кинофестиваля (и был награжден как лучший фильм для молодежи), стал лучшей картиной года по выбору британской киноакадемии BAFTA, претендовал на премию «Оскар». Оба актера буквально проснулись знаменитыми — на них обрушилось внимание и любовь зрителей всего мира. Выдержать это было трудно, но они почти справились.
Почти — потому что «Баллада о солдате» так и осталась вершиной актерской карьеры Прохоренко, да и для Ивашова стала едва ли не самой высокой точкой актерской биографии.
После съемок Жанна Прохоренко перевелась из школы-студии во ВГИК, в класс к Сергею Герасимову и Тамаре Макаровой, и в 1964 году закончила его; в её выпуске были Галина Польских, Лидия Федосеева-Шукшина, Сергей Никоненко. Она работала в кино много и охотно — всего она снялась более чем в 50 картинах, среди которых «Женитьба Бальзаминова» Константина Воинова и «Калина красная» Василия Шукшина. К сожалению, главных ролей у неё было очень мало, зато даже второстепенные персонажи в её исполнении оказывались характерными и запоминающимися.
Недостаток ведущих ролей с лихвой компенсировался жанровым разнообразием картин — от детского фильма «Лялька-Руслан и его друг Санька» до фантастического боевика «Подземелье ведьм» по Киру Булычеву.
Последним фильмом с её участием стал детективный сериал 2004 года «Место под солнцем», где она играла эпизодическую роль. Её работа в кино в 1988 году была отмечена званием народной артистки РСФСР.