Leno a cependant ignoré l’idée, obtenant son diplôme et postulant au prestigieux Emerson College de Boston. Sa demande initiale a été refusée, mais Leno a persévéré, passant ses jours de semaine à camper devant le bureau des admissions. Emerson a finalement reconnu sa persévérance et l’a accepté. Leno a obtenu un baccalauréat en orthophonie pour prouver davantage que ses sceptiques avaient tort.
En créant son propre club de comédie à Emerson en 1973, il a commencé à travailler sur le circuit des clubs à Boston et à New York, participant à plus de 300 événements par an. Leno est également apparue dans des rôles mineurs dans plusieurs séries télévisées et films, notamment dans American Hot Wax et Silver Bears en 1978. Passant à la télévision de fin de soirée, à partir de 1987, Leno était un animateur remplaçant régulier de Johnny Carson au Tonight Show, dans lequel il l’a remplacé plus tard en 1992. Après un début cahoteux, le spectacle a décollé et mène toujours les classements aujourd’hui. Leno a quitté en 2009 brièvement, avant de revenir à la série en 2010 après une guerre très publique avec Conan O’Brien.
Parlant de sa dyslexie, Jay attribue cela au fait de l’avoir amené là où il est aujourd’hui, « Une chose chez les personnes légèrement dyslexiques – elles sont bonnes à mettre tout le reste de côté pour poursuivre un seul objectif. »Dans ses temps libres, Leno remodèle des voitures, un passe-temps qu’il a commencé très jeune. Son premier remodelage a eu lieu à l’âge de quatorze ans où il a réparé un camion Ford V-8 de 1934. Il possède maintenant environ 190 véhicules. Depuis 1985, Leno est le grand maréchal de the Love Ride – un événement caritatif à moto qui a permis d’amasser près de 14 millions de dollars pour des organismes de bienfaisance au profit de la recherche sur la dystrophie musculaire, Autism Speaks et, en 2001, la récupération des attaques du 11 septembre.