Fils d’un ouvrier agricole et d’une couturière, Jean-Marc Ayrault grandit dans le Maine-et-Loire, avant de rejoindre Nantes où il entame des études d’allemand. Diplômé du CAPES d’allemand en 1972, il est nommé professeur en 1973 à Saint-Herblain.

Il s’engage en politique dès son adolescence, et devient conseiller général du canton de Saint-Herblain-est puis du Conseil général de Loire-Atlantique de 1976 à 1982. Élu maire de Saint-Herblain en 1977, il devient le plus jeune maire de France, avant d’être élu maire de Nantes en 1989.

En 1986, il est élu député de la troisième circonscription de Loire-Atlantique, et devient président du groupe socialiste de l’Assemblée nationale dès 1997.

Proche de François Hollande, dont il accompagne la campagne présidentielle en 2012, il est nommé Premier ministre par ce dernier le 15 mai 2012.  

À la tête des 35e et 36e gouvernements de la Ve République, Jean-Marc Ayrault forme le premier gouvernement paritaire de l’Histoire, nommant 18 ministres (9 femmes et 9 hommes) et 16 ministres délégués (8 femmes et 8 hommes).  

Jean-Marc Ayrault axe son discours de politique générale sur la priorité qui doit être donnée à la jeunesse, avec des réformes nécessaires dans le secteur de l’éducation, afin de faire de l’école la garante de la construction et de l’affirmation de la citoyenneté.

Souhaitant promouvoir une « République rénovée », Jean-Marc Ayrault évoque l’ambition de réformer les institutions pour offrir aux citoyens un service public de qualité.

Enfin, le Premier ministre souligne sa volonté de répondre, au nom du principe d’égalité, aux nouvelles aspirations et aux nouvelles mentalités d’une société qui évolue, ouvrant ainsi la voie au mariage et à l’adoption pour tous les couples dès 2013.  

Dès le début de son mandat, Jean-Marc Ayrault fait acter par son gouvernement une réduction de 30 % des salaires de l’ensemble des ministres, du Premier ministre et du président de la République, ainsi qu’une charte de déontologie visant à renforcer la confiance des citoyens dans les institutions de gouvernance.

Le gouvernement de Jean-Marc Ayrault met également en place une hausse de l’impôt sur la fortune ainsi que du taux d’imposition de la tranche supérieure de l’impôt sur le revenu (qui passe à 45 %). Couplées à d’autres réformes fiscales (accroissement des droits de succession, hausse de la TVA), ces hausses visent à renforcer la solidarité nationale. Plusieurs mesures sont mises en place à cette fin : augmentation de 25 % de l’allocation de rentrée scolaire, retour à un âge légal de retraite à 60 ans, augmentation du SMIC et du RSA.

Promesse de campagne du candidat Hollande, la loi ouvrant le mariage aux couples homosexuels, portée par Christiane Taubira, alors garde des Sceaux, est l’une des mesures emblématiques du mandat de Jean-Marc Ayrault.

Le projet de loi, présenté en Conseil des ministres le 7 novembre 2012, fait l’objet de débats virulents au Parlement, alors que ses opposants se mobilisent également dans la rue à l’occasion de manifestations rassemblant plus d’un million de personnes. L'Assemblée nationale vote définitivement le texte le 23 avril 2013. Il est promulgué le 17 mai 2013, faisant de la France le 14e pays au monde à ouvrir le mariage aux homosexuels.

En 2017, près de 40 000 couples homosexuels s’étaient unis depuis la promulgation du projet de loi, selon l’Insee.  

Le 31 mars 2014, à la suite des élections municipales, Jean-Marc Ayrault remet sa démission au président de la République. La passation avec Manuel Valls intervient le lendemain.

Le 1er mai 2014, il redevient député.

Le 11 février 2016, il remplace Laurent Fabius, nommé au Conseil constitutionnel, au poste de ministre des Affaires étrangères et du Développement international, qu’il occupera jusqu’en mai 2017.

Il intègre par la suite le bureau de la Fondation Jaurès, puis devient président de la Fondation pour la mémoire de l’esclavage, créée en 2018.